(57)【要約】無線端末と、前記無線端末と無線通信をする複数の無線基地局と、前記無線端末宛パケットの前記無線基地局への転送を制御する制御ノードと、前記制御ノードに対しパケットの転送を指示する監視ノードと、を備える無線通信システムであって、前記監視ノードは、前記無線端末に主に使用される主無線方式と、前記無線端末に従に使用される従無線方式とを定め、前記制御ノードは、前記定められた無線方式に従って、何れの前記無線基地局に前記無線端末宛パケットを転送するかを制御し、前記無線基地局は、前記定められた無線方式に従って、前記無線端末宛パケットの転送レートを制御することを特徴とする無線通信システム。
2008047456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線端末と無線通信をする複数の無線基地局と、前記無線端末宛パケットの前記無線基地局への転送を制御する制御ノードと、前記無線基地局からの情報に基づいて前記制御ノードに対しパケットの転送を指示する監視ノードと、を備える無線通信システムであって、
前記複数の無線基地局は、前記無線端末と第１の無線方式によって通信する第１の無線基地局と、前記無線端末と第２の無線方式によって通信する第２の無線基地局とを含み、
前記無線端末は、前記第１の無線基地局から送信されたパケットと、前記第２の無線基地局から送信されたパケットとを受信して、前記受信したパケットを再構築することによってデータ通信をし、
前記監視ノードは、前記無線端末に主に使用される主無線方式と、前記無線端末に従に使用される従無線方式とを定め、前記定められた主無線方式及び従無線方式の少なくとも一方に関する通知を、前記制御ノード及び前記無線基地局に通知し、
前記制御ノードは、前記定められた無線方式に従って、何れの前記無線基地局に前記無線端末宛パケットを転送するかを制御し、
前記無線基地局は、前記定められた無線方式に従って、前記無線端末宛パケットの転送レートを制御することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記監視ノードは、前記主無線方式を決定するプライマリ判定部を備え、
前記プライマリ判定部は、前記無線端末が前記無線基地局によって提供される無線方式によって得られるスループットを推定するスループット推定部と、前記推定されたスループットを前記無線方式間で比較する推定スループット比較部と、を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記無線基地局は、前記無線基地局に接続される前記無線端末の数、前記無線端末毎に割り当てたタイムスロットの数、及び、前記無線端末毎の平均受信可能レートを、前記監視ノードに通知し、
前記監視ノードは、前記無線基地局から受信した情報に基づいて、主無線方式と従無線方式とを定めることを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記無線基地局は、当該無線基地局に接続される前記無線端末の推定スループットを、前記監視ノードに送り、
前記監視ノードは、前記主無線方式を決定するプライマリ判定部を備え、
前記プライマリ判定部は、前記無線基地局から受信した推定スループットを、前記無線方式間で比較する推定スループット比較部を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記監視ノードは、前記無線端末によって使用される無線方式毎のスループットの比を前記制御ノードに通知することを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記無線基地局は、前記無線基地局によって提供される無線方式を主として使用する前記無線端末に対しては、当該無線システムのみを使用する前記無線端末と同じ条件でタイムスロットを割り当てることを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記無線基地局は、前記無線基地局によって提供される無線方式を従として使用する無線端末に対しては、当該無線システムを主として使用する前記無線端末より少ないタイムスロットを割り当てることを特徴とする無線通信システム。
【請求項８】
請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記無線基地局は、当該無線基地局によって提供される無線方式を主として使用する無線端末が接続する全ての無線基地局から得ているスループットの合計と、当該無線基地局によって提供される無線方式を従として使用する無線端末が接続する全ての無線基地局から得ているスループットの合計とを比較する総スループット比較部を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項９】
請求項８に記載の無線通信システムであって、
前記監視ノードは、前記無線端末が接続される全ての無線基地局から得ているスループットの合計を前記無線基地局に通知し、
前記無線基地局は、前記スループットの合計を前記監視ノードから受信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記制御ノードは、前記無線端末によって使用される無線方式毎のスループットを前記監視ノードから受信した場合に、前記無線端末によって使用される無線方式毎のスループットの比に基づいて、前記無線端末宛パケットを何れの無線基地局へ転送するかを制御することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１１】
無線通信システムにおいて、無線端末と無線通信をする基地局装置であって、
前記無線通信システムは、無線端末と、複数の前記基地局装置と、前記無線端末宛パケットの前記基地局装置への転送を制御する制御ノードと、前記基地局装置からの情報に基づいて前記制御ノードに対しパケットの転送を指示する監視ノードと、を備え、
前記複数の基地局装置は、前記無線端末と第１の無線方式によって通信する第１の基地局装置と、前記無線端末と第２の無線方式によって通信する第２の基地局装置とを含み、
前記無線端末は、前記第１の基地局装置から送信されたパケットと、前記第２の基地局装置から送信されたパケットとを受信して、前記受信したパケットを再構築することによってデータ通信をし、
前記基地局装置は、
前記無線端末に主に使用される主無線方式と、前記無線端末に従に使用される従無線方式として、前記監視装置によって定められた無線方式の少なくとも一方に関する通知を受信し、
前記通知された無線方式に従って、前記無線端末宛パケットの転送レートを制御することを特徴とする基地局装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の基地局装置であって、
前記基地局装置によって提供される無線方式を主として使用する前記無線端末に対しては、当該無線システムのみを使用する前記無線端末と同じ条件でタイムスロットを割り当てることを特徴とする基地局装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の基地局装置であって、
前記基地局装置によって提供される無線方式を従として使用する無線端末に対しては、当該無線システムを主として使用する前記無線端末より少ないタイムスロットを割り当てることを特徴とする基地局装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載の基地局装置であって、
前記基地局装置によって提供される無線方式を主として使用する無線端末が接続する全ての基地局装置から得ているスループットの合計と、前記基地局装置によって提供される無線方式を従として使用する無線端末が接続する全ての基地局装置から得ているスループットの合計とを比較する総スループット比較部を備えることを特徴とする基地局装置。
【請求項１５】
無線端末と無線通信する複数の無線基地局が備わる無線通信システムにおいて、前記無線基地局へのパケットの転送を指示する監視ノード装置であって、
前記無線通信システムは、前記無線端末宛パケットの前記無線基地局への転送を制御する制御ノードを、さらに備え、
前記複数の無線基地局は、前記無線端末と第１の無線方式によって通信する第１の無線基地局と、前記無線端末と第２の無線方式によって通信する第２の無線基地局とを含み、
前記無線端末は、前記第１の無線基地局から送信されたパケットと、前記第２の無線基地局から送信されたパケットとを受信して、前記受信したパケットを再構築することによってデータ通信をし、
前記監視ノード装置は、前記無線端末に主に使用される主無線方式と、前記無線端末に従に使用される従無線方式とを定め、前記定められた主無線方式及び従無線方式の少なくとも一方を、前記制御ノード及び前記無線基地局に通知することを特徴とする監視ノード装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の監視ノード装置であって、
前記主無線方式を決定するプライマリ判定部を備え、
前記プライマリ判定部は、前記無線端末が前記無線基地局によって提供される無線方式によって得られるスループットを推定するスループット推定部と、前記推定されたスループットを前記無線方式間で比較する推定スループット比較部と、を備えることを特徴とする監視ノード装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載の監視ノード装置であって、
前記無線基地局に接続される前記無線端末の数、前記無線端末毎に割り当てたタイムスロットの数、及び、前記無線端末毎の平均受信可能レートを、前記無線基地局から受信し、
前記無線基地局から受信した情報に基づいて、主無線方式と従無線方式とを定めることを特徴とする監視ノード装置。
【請求項１８】
請求項１５に記載の監視ノード装置であって、
前記主無線方式を決定するプライマリ判定部を備え、
当該無線基地局に接続される前記無線端末の推定スループットを前記無線基地局から受信し、
前記プライマリ判定部は、前記無線基地局から受信した推定スループットを、前記無線方式間で比較する推定スループット比較部を備え、
前記無線端末によって使用される無線方式毎のスループットの比を前記制御ノードに通知することを特徴とする監視ノード装置。
【請求項１９】
無線端末と無線通信をする複数の無線基地局が備わる無線通信システムにおいて、前記無線端末宛パケットの前記無線基地局への転送を制御する制御ノード装置であって、
前記無線通信システムは、前記無線基地局からの情報に基づいて前記制御ノード装置に対しパケットの転送を指示する監視ノードを、さらに備え、
前記複数の無線基地局は、前記無線端末と第１の無線方式によって通信する第１の無線基地局と、前記無線端末と第２の無線方式によって通信する第２の無線基地局とを含み、
前記無線端末は、前記第１の無線基地局から送信されたパケットと、前記第２の無線基地局から送信されたパケットとを受信して、前記受信したパケットを再構築することによってデータ通信をし、
前記制御ノード装置は、前記無線端末に主に使用される主無線方式と、前記無線端末に従に使用される従無線方式とを定め、前記定められた主無線方式及び従無線方式の少なくとも一方を受信し、前記定められた無線方式に従って、何れの前記無線基地局に前記無線端末宛パケットを転送するかを制御することを特徴とする制御ノード装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の制御ノード装置であって、
前記無線端末によって使用される無線方式毎のスループットを前記監視ノードから受信した場合に、前記無線端末によって使用される無線方式毎のスループットの比に基づいて、前記無線端末宛パケットを何れの無線基地局へ転送するかを制御することを特徴とする制御ノード装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１台の端末が複数の無線システムを利用して通信する無線通信システムに関し、特に、各無線システムにおけるスロットの割当に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、移動通信システムにとって使い勝手の良い６ＧＨｚ以下の帯域（ＶＨＦ、ＵＨＦ、低マイクロ波帯）は、第３世代携帯電話及び無線ＬＡＮ等による通信に稠密に利用されており、電波の逼迫が深刻化している。逼迫している電波をより有効かつ効率的に活用しつつ、ニーズの高い移動通信に必要な周波数帯域を確保するための技術が、“複数システムを統合するコグニティブ無線技術−システム構成の−検討”、吉澤聡他４名、２００６信学総大、Ｂ−５−１２４、２００６年３月に開示されている。
図１に、“複数システムを統合するコグニティブ無線技術−システム構成の−検討”に開示される複数無線方式を収容する通信システムを示す。
コグニティブ端末１０１は、ｃｄｍａ２０００  ＥＶ−ＤＯ（Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ−ＤａｔａＯｎｌｙ）無線基地局１０２、無線ＬＡＮ基地局１０３、及びＷｉＭＡＸ無線基地局１０４と通信する。ｃｄｍａ２０００  ＥＶ−ＤＯ無線基地局１０２は、ＥＶ−ＤＯ無線システムのゲートウエイ装置であるＰＣＦ／ＰＤＳＮ（Ｐａｃｋｅｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ／Ｐａｃｋｅｔ  Ｄａｔａ  Ｓｅｒｖｉｎｇ  Ｎｏｄｅ）１０５に接続される。無線ＬＡＮ基地局１０３は、無線ＬＡＮシステムのゲートウエイ装置であるＰＤＩＦ（Ｐａｃｋｅｔ  Ｄａｔａ  Ｉｎｔｅｒｗｏｒｋｉｎｇ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）１０６に接続される。ＷｉＭＡＸ無線基地局１０４も同様に、ＷｉＭＡＸシステムのゲートウエイ装置であるＡＳＮ−ＧＷ（Ａｃｃｅｓｓ  Ｓｅｒｖｉｃｅ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｇａｔｅｗａｙ）１０７に接続される。各ゲートウェイ装置１０５、１０６及び１０７は、接続される無線基地局１０２、１０３及び１０４によって提供される各無線システムを終端する。
ＰＣＦ／ＰＤＳＮ１０５、ＰＤＩＦ１０６、及びＡＳＮ−ＧＷ１０７は制御ノード（ＰＳＦ：Ｐａｃｋｅｔ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）１１３に接続される。ＰＳＦ１１３はネットワーク１１２に接続される。ネットワーク１１２には、Ｍｏｂｉｌｅ  ＩＰのＨＡ（Ｈｏｍｅ  Ａｇｅｎｔ）１０８と、端末のアクセス可否を判断する認証サーバ（ＡＡＡ：Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ、Ａｕｔｈｏｒｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ）１０９が接続される。
端末宛のパケットは、ＨＡ１０８でＭｏｂｉｌｅ  ＩＰによってカプセル化され、ＰＳＦ１１３に転送される。ＰＳＦ１１３は、監視ノード（ＣＭＴ：Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｔｏｏｌ）１１１の指示に基づいて、ＰＣＦ／ＰＤＳＮ１０５、ＰＤＩＦ１０６及びＡＳＮ−ＧＷ１０７のいずれかにパケットを転送する。
ＰＣＦ／ＰＤＳＮ１０５は、受信したパケットを基地局１０２を介して端末１０１に送信する。同様に、ＰＤＩＦ１０６は、受信したパケットを基地局１０３を介して端末１０１に送信し、ＡＳＮ−ＧＷ１０７は、受信したパケットを基地局１０４を介して端末１０１に送信する。
監視ノード（ＣＭＴ）１１１は、各基地局から無線に関する情報を収集し、収集した情報に基づいて、端末宛のパケットをどの無線システム経由で端末に送信すべきかを判定し、ＰＳＦ１１３に通知する。
図２に、コグニティブ端末１０１が、通信システムのネットワークに接続して、端末宛パケットを受信するまでの手順の概要を示す。
まず、端末１０１が基地局１０２の電波を受信すると、基地局１０２を介してＰＣＦ／ＰＤＳＮ１０５との間にＰＰＰリンクを確立する。リンク確立手順の中で、端末１０１はＰＡＰ（Ｐａｓｓｗｏｒｄ  Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）メッセージ又はＣＨＡＰ（ＰＰＰ  Ｃｈａｌｌｅｎｇｅ  Ｈａｎｄｓｈａｋｅ  Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）メッセージを用いて、認証情報をＰＣＦ／ＰＤＳＮ１０５に送信する。
ＰＣＦ／ＰＤＳＮ１０５は、ＡＡＡ１０９に、Ａｃｃｅｓｓ  Ｒｅｑｕｅｓｔメッセージを用いて認証情報を通知する。ＡＡＡ１０９は、認証が成功すると、端末１０１が使用すべきＩＰアドレス（ａ．ｂ．ｃ．ｄ）、ＨＡ１０８のＩＰアドレス（１．２．３．４）、及びＤＮＳサーバのＩＰアドレスをＰＣＦ／ＰＤＳＮ１０５に通知する。
ＰＣＦ／ＰＤＳＮ１０５は、受信した情報を端末１０１に通知する。次に、端末１０１は割り当てられたＩＰアドレス（ａ．ｂ．ｃ．ｄ）を用いて、Ｍｏｂｉｌｅ  ＩＰ登録メッセージをＰＣＦ／ＰＤＳＮ１０５に送信する。ＰＣＦ／ＰＤＳＮ１０５は、受信したＭｏｂｉｌｅ  ＩＰ登録メッセージを、ＰＳＦ１１３に送信する。
ＰＳＦ１１３は、Ｍｏｂｉｌｅ  ＩＰ登録メッセージを受信すると、端末１０１のＩＰアドレス（ａ．ｂ．ｃ．ｄ）に対応して、ＰＣＦ／ＰＤＳＮ１０５のＩＰアドレス（ｘ．ｘ．ｘ．ｘ）を記憶する。そして、ＰＳＦ１１３は、Ｍｏｂｉｌｅ  ＩＰ登録メッセージをＨＡ１０８に送信する。
ＨＡ１０８は、Ｍｏｂｉｌｅ  ＩＰ登録メッセージを受信すると、端末１０１のＩＰアドレス（ａ．ｂ．ｃ．ｄ）に対応して、ＰＳＦ１１３のＩＰアドレス（ｖ．ｖ．ｖ．ｖ）を記憶する。
以上の手順によって、端末１０１は基地局１０２、ＰＣＦ／ＰＤＳＮ１０５、ＰＳＦ１１３及びＨＡ１０８を経由した通信が可能になる。
同様に、端末１０１は、基地局１０３の電波を受信すると、基地局１０３を介してＰＤＩＦ１０６との間にＩＰｓｅｃトンネルを確立する。確立手順の中で、端末１０１はＩＫＥｖ２（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｋｅｙ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｖｅｒｓｉｏｎ  ２）プロトコルを用いて端末の認証情報をＰＤＩＦ１０６に送信する。ＰＤＩＦ１０６は、ＡＡＡ１０９にＡｃｃｅｓｓ  Ｒｅｑｕｅｓｔメッセージで認証情報を通知する。
ＡＡＡ１０９は、認証が成功すると、端末１０１が使用中であるはずのＩＰアドレス（ａ．ｂ．ｃ．ｄ）、ＨＡ１０８のＩＰアドレス（１．２．３．４）、及びＤＮＳサーバのＩＰアドレスを、ＰＤＩＦ１０６に通知する。ＰＤＩＦ１０６は、受信した情報を端末１０１に通知する。その後、端末１０１は、Ｍｏｂｉｌｅ  ＩＰ登録メッセージをＰＤＩＦ１０６に送信する。ＰＤＩＦ１０６は、Ｍｏｂｉｌｅ  ＩＰ登録メッセージをＰＳＦ１１３に送信する。
ＰＳＦ１１３では、端末１０１のＩＰアドレス（ａ．ｂ．ｃ．ｄ）に対応して、ＰＤＩＦ１０６のＩＰアドレス（ｚ．ｚ．ｚ．ｚ）を追加的に記憶する。このとき、ＰＣＦ／ＰＤＳＮ１０５のＩＰアドレス（ｘ．ｘ．ｘ．ｘ）が既に登録されていることから、ＨＡ１０８はＭｏｂｉｌｅ  ＩＰが登録済みであることが判る。そのため、ＨＡ１０８は、Ｍｏｂｉｌｅ  ＩＰを登録しない。
以上によって、端末１０１は、基地局１０３、ＰＤＩＦ１０６、ＰＳＦ１１３及びＨＡ１０８を経由した通信が可能になる。
この状態で、ＮＷ１１２から端末１０１宛のパケットは、ＩＰルーティングによってＨＡ１０８に到着する。ＨＡ１０８は、登録テーブル２０２を参照し、ＩＰアドレス（ｖ．ｖ．ｖ．ｖ）宛にパケットを転送する。端末宛パケットを受信したＰＳＦ１１３は、登録テーブル２０３を参照し、端末１０１がＩＰアドレス（ｘ．ｘ．ｘ．ｘ）のノードの配下に位置し、かつ、ＩＰアドレス（ｚ．ｚ．ｚ．ｚ）のノードの配下に位置することを知る。
さらに、ＣＭＴ１１１から、どちらのノード経由でパケットを転送すべきかの指示を受け、対象のノードに対して端末宛のパケットを転送する。ＰＣＦ／ＰＤＳＮ１０５又はＰＤＩＦ１０６は、パケットが転送されると、基地局１０２又は１０３を介して、端末１０１にパケットを送信する。
以上の構成によって、時々刻々と変化する無線の状況に応じて、パケット毎に使用する無線システムの切替が可能となり、ユーザのスループット向上、システム全体としての負荷の分散、及びシステム全体としてのスループット向上が見込める。
特開２００３−９２４０号公報は、スループット向上に関する別の従来技術である、ＥＶ−ＤＯ端末が複数のキャリアを利用して基地局からデータを受信する際の、基地局における下りパケットスケジューリング方法を開示している。
ＥＶ−ＤＯ方式では、通常、端末は一つのキャリアを利用する。基地局は一つのキャリアを共用する複数の端末に対し、所定のアルゴリズム（例えば、プロポーショナル・フェアネス）によってタイムスロットを順次割り当て、目的の端末にパケットを送信する。
プロポーショナル・フェアネスでは、端末ｊの平均スループットをＴｊ、端末ｊが現在受信可能なデータレートをＲｊとしたとき、全ての端末についてＲｊ／Ｔｊを計算し、Ｒｊ／Ｔｊの値が最大の端末にタイムスロットを割り当てる。端末ｊは計算に必要な受信可能データレートＲｊをスロット毎に基地局に報告する。
このプロポーショナル・フェアネスアルゴリズムの狙いは、端末毎に無線品質が時間的に変動する中で、割当対象のタイムスロットの時刻に、無線品質が過去の平均（端末毎に異なる）と比較して良好な端末にスロットを割り当てる。無線品質が劣化している端末への割当を一時的に避けることによって、無線品質を考慮せず単にラウンドロビンで端末にスロットを割り当てる場合よりも、基地局としての総スループットを増大することができる。また、スロットが割り当てられるとＴｊが増大し、その後スロットが割り当てられにくくなるが、時間の経過とともにＴｊが減少し、再びスロットが割り当てられる、という周期性を有する。そのため端末間での送信機会が公平になることが期待できる。
また、特開２００３−９２４０号公報では、端末は、複数キャリアを利用してパケットを受信できるように構成される。そして、基地局のスケジューリング方法として、（１）キャリア毎に独立に前述したアルゴリズムを適用する方法と、（２）キャリア毎に、Ｒｊ／Ｔｊが最大の端末にタイムスロットを割り当てるのは同じであるが、Ｔｊの値として、全てのキャリアで共通の値（例えば、端末ｊがキャリアａから取得しているスループットＴａｊを全キャリアで平均した値）を使用する方法が開示されている。
【発明の開示】
【０００３】
無線システムＡ及び無線システムＢが連携してサービスを提供しているエリアで、無線システムＡ及びＢを同時使用できるコグニティブ端末ＭＳ２と、無線システムＡしか使用できない専用端末ＭＳ１とが混在する場合を考える。専用端末とは単一の無線方式しかサポートしない（一つの無線方式しか実装されていない、又は、複数の無線方式が実装されていても一部の機能が制限されている）端末、又は、本来は複数の無線システムを利用可能な端末であるが無線伝播環境の問題で一時的に一つの無線システムとしか通信できない端末等である。
このとき、コグニティブ端末ＭＳ２は、無線システムＡ及びＢを同時に使用できる特徴を活かして、単一の無線システムのみから得られるスループットよりも大きなスループットを得られるようにし、コグニティブ端末の機能が有効に活用されるようにしたい。
一方、コグニティブ端末ＭＳ２が、専用端末ＭＳ１と同等以上のスループットを無線システムＢからすでに得ている場合にも、専用端末ＭＳ１が得ている無線システムＡのタイムスロットが、コグニティブ端末ＭＳ２のために提供されると、専用端末ＭＳ１が得られるべきスループットが減少してしまう。無線パケット通信では元来、無線環境に依存して端末間でスループットに差があることを許容している。しかし、前述した現象は、専用端末ＭＳ１及びコグニティブ端末ＭＳ２が同じ地点及び同じ無線環境であっても、両端末のスループットに差が生じることとなり、従来許容されてきた端末間のスループット差と異なるものである。
このような、コグニティブ端末に多くのスループットが獲得されるという課題に対し、特開２００３−９２４０号公報に開示される方法（１）と同様に、各無線システム毎に独立にプロポーショナル・フェアネスによってスロットを割り当てると、無線システムＡのタイムスロットは、コグニティブ端末ＭＳ２と専用端末ＭＳ１とに均等に割り当てられる。コグニティブ端末ＭＳ２は、無線システムＢの他に、無線システムＡからもスループットを得ることができるので、コグニティブ端末ＭＳ２にとって有利な方法である。
しかし、専用端末ＭＳ１に割り当てられるタイムスロットは、コグニティブ端末ＭＳ２が接続されていない場合よりも、コグニティブ端末ＭＳ２が接続されている場合の方が少なくなる。専用端末ＭＳ１のスループットが、コグニティブ端末ＭＳ２のスループットより小さい場合は、コグニティブ端末ＭＳ２のために専用端末ＭＳ１のタイムスロットが減少するのを防ぐことが求められている。
また、特開２００３−９２４０号公報に開示される方法（２）を適用する場合は、以下のようになる。コグニティブ端末ＭＳ２が無線システムＡから受けるスループットをＴａ２、無線システムＢから受けるスループットをＴｂ２、両者を平均した値をＴ２とする。また、無線システムＡにおける受信可能レートをＲａ２とする。ここで、Ｔｂ２＜Ｔａ２だった場合、Ｔ２＜Ｔａ２、すなわちＲａ２／Ｔ２＞Ｒａ２／Ｔａ２となる。すなわち、無線システムＡにおいて、コグニティブ端末ＭＳ２は、仮に無線システムＡにしか接続しなかった場合よりも（無線システムＢも利用できる、という違いだけで）スロットが割り当てられる確率が高くなる。これは、専用端末ＭＳ１とコグニティブ端末ＭＳ２とのスループットの大小関係に因らず、専用端末ＭＳ１のスループットを圧迫することになる。
本発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、本発明は、無線端末と、前記無線端末と無線通信をする複数の無線基地局と、前記無線端末宛パケットの前記無線基地局への転送を制御する制御ノードと、前記無線基地局からの情報に基づいて前記制御ノードに対しパケットの転送を指示する監視ノードと、を備える無線通信システムであって、前記複数の無線基地局は、前記無線端末と第１の無線方式によって通信する第１の無線基地局と、前記無線端末と第２の無線方式によって通信する第２の無線基地局とを含み、前記無線端末は、前記第１の無線基地局から送信されたパケットと、前記第２の無線基地局から送信されたパケットとを受信して、前記受信したパケットを再構築することによってデータ通信をし、前記監視ノードは、前記無線端末に主に使用される主無線方式と、前記無線端末に従に使用される従無線方式とを定め、前記定められた主無線方式及び従無線方式の少なくとも一方に関する通知を、前記制御ノード及び前記無線基地局に通知し、前記制御ノードは、前記定められた無線方式に従って、何れの前記無線基地局に前記無線端末宛パケットを転送するかを制御し、前記無線基地局は、前記定められた無線方式に従って、前記無線端末宛パケットの転送レートを制御することを特徴とする。
本発明によれば、大きなスループットを獲得しているコグニティブ端末にタイムスロットを奪われることがない。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、複数無線方式を収容する通信システムの構成図である。
図２は、複数無線方式を収容する通信システムの端末接続手順とパケット転送テーブルの説明図である。
図３は、本発明の第１の実施の形態の複数の無線システムを収容する通信システムの構成図である。
図４は、本発明の第１の実施の形態の監視ノード（ＣＭＴ）の構成を示す機能ブロック図である。
図５は、本発明の第１の実施の形態のプライマリ判定処理のフローチャートである。
図６は、本発明の第１の実施の形態の割当可能スロット数推定処理のフローチャートである。
図７は、本発明の第１の実施の形態の監視ノード（ＣＭＴ）で管理されるテーブルの説明図である。
図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の第１の実施の形態の無線基地局の構成を示すブロック図である。
図９は、本発明の第１の実施の形態の無線基地局の評価演算部によって管理されるテーブルの説明図である。
図１０は、本発明の第１の実施の形態の制御ノード（ＰＳＦ）の構成を示すブロック図である。
図１１は、本発明の第１の実施の形態のスループットテーブルの説明図である。
図１２は、本発明の第２の実施の形態の無線基地局の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
まず本発明の実施の形態の概要について説明する。本発明の実施の形態は、主に使用される無線システム（プライマリシステム）と、従に使用される無線システム（補助として使用されるセカンダリシステム）を端末毎に決定するプライマリ判定部４０９を監視ノード（ＣＭＴ）１１１に設ける。プライマリ判定部４０９は、判定の対象となる端末が、どの無線システムをプライマリとした場合にスループットが最大になるかを推定し、プライマリシステムを決定する。監視ノード１１１は、端末毎のプライマリシステムがどの無線システムであるかを、全ての無線システムの基地局１０２〜１０４に通知する。
各無線システムの基地局は、当該無線システムをプライマリシステムとする端末に対しては、専用端末と同等のタイムスロットをプロポーショナル・フェアネスによって割り当てる。一方、当該無線システムをセカンダリシステムとする端末に対しては、当該端末が全ての無線システムから得ている総スループットと、当無線システムに接続する専用端末の中で最もスループットの小さい端末のスループットとを比較し、総スループットが最小スループットより大きい場合にはタイムスロットを割り当てない。
＜実施形態１＞
次に、本発明の第１の実施の形態について説明する。
図３は、本発明が適用された通信システムの構成図である。
本発明の第１の実施の形態の通信システムは、コグニティブ端末１０１、ｃｄｍａ２０００  ＥＶ−ＤＯ無線基地局１０２、無線ＬＡＮ基地局１０３、ＷｉＭＡＸ無線基地局１０４、ＥＶ−ＤＯ無線システムのゲートウエイ装置（ＰＣＦ／ＰＤＳＮ）１０５、無線ＬＡＮシステムのゲートウエイ装置（ＰＤＩＦ）１０６、ＷｉＭＡＸシステムのゲートウエイ装置（ＡＳＮ−ＧＷ）１０７、ＨＡ１０８、認証サーバ（ＡＡＡ）１０９、監視ノード（ＣＭＴ）１１１、ネットワーク１１２、及び、制御ノード（ＰＳＦ）１１３を備える。通信システムを構成するこれらの装置等は、前述した図１で説明したものと同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
なお、コグニティブ基地局１１０には、ｃｄｍａ２０００  ＥＶ−ＤＯ無線基地局１０２、無線ＬＡＮ基地局１０３、ＷｉＭＡＸ無線基地局１０４、ＰＣＦ／ＰＤＳＮ１０５、ＰＤＩＦ１０６、ＡＳＮ−ＧＷ１０７、及びＰＳＦ１１３が収容される。
ＥＶＤＯ専用端末３０１は、基地局１０２及びＰＣＦ／ＰＤＳＮ１０５経由でしか通信できない。一方、コグニティブ端末１０１は、基地局１０２、１０３及び１０４を同時に利用することができる。
図４は、監視ノード（ＣＭＴ）１１１の構成を示す機能ブロック図である、
ＣＭＴ１１１は、ＥＶＤＯ基地局１０２から無線情報を取得するＥＶＤＯ無線情報取得部４０１、ＷｉＭＡＸ基地局１０４から無線情報を取得するＷｉＭＡＸ無線情報取得部４０２、及び無線ＬＡＮ基地局１０３から無線情報を取得するＷｉＦｉ無線情報取得部４０３を備える。
ＥＶＤＯ無線情報取得部４０１、ＷｉＭＡＸ無線情報取得部４０２、及びＷｉＦｉ無線情報取得部４０３は、基地局に接続している端末数Ｎ、端末ｊに割り当てたタイムスロット数Ｓｊ、端末ｊの平均受信可能レートＲｊ、及び観測時間としての観測スロット数Ｓを収集する（４０７）。但し、観測スロット数Ｓについては、ＣＭＴ１１１と基地局とで予め設定された値を共通に使用する場合は、各基地局から収集される情報４０７に含まなくともよい。
基地局から収集された情報４０７は、無線リンク経路制御機能４０５に送信され、プライマリ判定部４０９において、どの無線システムが主（プライマリ）として使用されるか、補助（セカンダリ）として使用されるかが、端末毎に決定される。また、無線リンク経路制御部４０５は、端末がＥＶＤＯ、ＷｉＭＡＸ及びＷｉＦｉを使用して得ている総スループットも算出する。端末毎に求められたプライマリ情報（どの無線システムをプライマリとして使用するかの情報）、及び総スループットは、ＥＶＤＯ無線情報取得部４０１、ＷｉＭＡＸ無線情報取得部４０２、及びＷｉＦｉ無線情報取得部４０３から、対応する各基地局１０２、１０４及び１０３に送信される（４０８）。
また、無線リンク経路制御部４０５は、端末毎に、ＥＶＤＯ、ＷｉＭＡＸ及びＷｉＦｉによって得られているスループットの比を、ＰＳＦ１１３に通知する（４０６）。
図５は、プライマリ判定部４０９で実行されるプライマリ判定処理を示す。
まず、ステップ５０１Ａから５０１Ｂのループ処理にて、プライマリ判定対象の端末ｋに関し、基地局毎に最大どれだけのスループットが得られるかを推定する。具体的には、ステップ５０２にて、一つの基地局における割当可能スロット数を求め、端末ｋの平均受信可能レートＲｋを積算する（ステップ５０３）。積算された平均受信可能レートＲｋを全ての基地局について求め、その中で最大の基地局が備わる無線システムをプライマリの無線システムに決定する（ステップ５０４）。
なお、ステップ５０１Ａから５０１Ｂのループ処理は、ＣＭＴ１１１のプライマリ判定部４０９によって実行される。しかし、基地局１０２、１０３及び１０４にプライマリ判定部４０９を設け、基地局１０２、１０３及び１０４のプライマリ判定部４０９によって、ステップ５０１Ａから５０１Ｂのループ処理を実行してもよい。この場合、端末毎、基地局毎に求められた推定スループットは、ＣＭＴ１１１に送られ、ＣＭＴ１１１のプライマリ判定部４０９によってステップ５０４が実行される。
図６に、ステップ５０２において実行される割当可能スロット数推定処理を示す。
割当可能スロット数推定処理で求められる割当可能スロット数とは、端末ｋ以外の端末の通信量が観測時から変化しないと仮定した場合に、端末ｋにプロポーショナル・フェアネスによって割り当てられ得る最大スロット数である。言い換えると、端末ｋ宛のパケットが継続的に基地局に到着し、端末ｋ用のバッファがアンダーランしない状態（すなわち、バッファに端末ｋ宛のパケットが空にならない状態）で、端末ｋに割り当てられるスロット数である。
最大スロット数の値は、実測値である実際に割り当てられたスロット数Ｓｋでは代用できない。なぜなら、スロット数Ｓｋは、端末ｋに送信すべきパケットが基地局にない状況、すなわち、パケットがあればスロットが割り当てられたにもかかわらず、端末ｋ宛のパケットが基地局にないために割り当てられなかったという状況（バッファ  アンダーランの状況）での観測値かもしれないからである。この場合、スロット数Ｓｋは、割り当てが可能な最大のスロット数とはいえない。
次に、割当可能スロット数を推定するアルゴリズムの概略を説明する。
プロポーショナル・フェアネスでは、基地局から送信すべきパケットが存在する端末、すなわち、スロットの割当に関して競合する端末の間では送信機会（スロット割当量）が公平になる。よって、どの端末も、Ｓ／Ｎのスロットは（Ｓ：観測スロット数、Ｎ：基地局の接続端末数）、最低でも割り当てられる。端末ｋ以外の端末ｊに実際に割当てられたスロット数ＳｊがＳ／Ｎ以下の場合、端末ｋの通信量が多くなっても、端末ｊにはＳｊのスロットが割り当てられる。そこで、ＳからＳｊを減算した残りの数のスロットを、端末ｊ以外で分配することを考える。
一方、端末ｊに実際に割り当てられたスロット数ＳｊがＳ／Ｎより大きい場合、端末ｊにはひとまずＳ／Ｎだけのスロットを割り当てるものとして、観測スロット数ＳからＳ／Ｎを減算する。また、ＳｊからＳ／Ｎを減算し、端末ｊに追加して割り当てる必要があるスロット数を求める。端末ｋ以外の全ての端末について、以上の処理を行う。
端末ｋについてはＳ／Ｎを割り当てるものとして、ＳからＳ／Ｎを減算する。その結果、実測したＳｊのスロットをまだ完全に確保していない端末がｎ台あれば、端末ｋを含めたｎ＋１台が、依然競合している。そこで、未割当スロットであるＳをｎ＋１で割り、最低でも追加して割り当てられるスロット数を求める。追加して割り当てが必要なスロット数Ｓｊとの大小関係によって、再度前述した処理を行う。これを未割当スロットがなくなるまで、又は、端末ｋと競合する端末が０台になるまで繰り返す。
図６を参照して、割当可能スロット数を推定するアルゴリズムの詳細な手順について説明する。
まず、端末ｋの推定割当可能スロット数をＳｋ’とする（ステップ６０１）。次に、ステップ６０２で、Ｓｋ’を０に初期化する。また、未割当スロット数ｓをＳに初期化する。ステップ６０３は、競合端末数ｎを０に初期化する。
ループ処理６０４Ａ〜６０４Ｂでは、端末ｋ以外の端末ｊについて、ＳｊがＳ／Ｎ以下か否かに基づいて、未割当スロット数ｓを減算し、Ｓｊを減算し、競合端末数ｎをインクリメントする。端末ｋ以外の全ての端末ｊについてループ処理６０４Ａ〜６０４Ｂが終了した後、ステップ６０９に進む。
具体的には、ループ処理６０４Ａ〜６０４Ｂでは、まず、Ｓｊが正の値でなければ、スロットを割り当てる必要がないのでこれらの処理をスキップして、ループ６０４Ａから６０４Ｂを抜ける（ステップ６０５）。Ｓｊが正の値であれば、平均スロット割当数Ｓ／ＮとＳｊとを比較する（ステップ６０６）。そして、ＳｊがＳ／Ｎ以下であれば、ステップ６０７に進み、ｓからＳｊを減算し、さらにＳｊを０とすることによって、次回以降のスロット分配ループの対象外とする（端末ｊへの割当が終了）。
一方、ステップ６０６において、ＳｊがＳ／Ｎより大きければ、ｓからＳ／Ｎを減算（すなわち、Ｓ／Ｎだけ割当）し、ＳｊからＳ／Ｎを減算し、さらに競合端末数ｎをインクリメント（１を加算）する（ステップ６０８）。スロット分配ループ６０４が終わると、競合端末数ｎが０か判定する（ステップ６０９）。
ステップ６０９において、競合端末数ｎが０の場合は、端末ｋ以外の端末ｊは、実際に割り当てられたスロット数Ｓｊを確保できたので、残った未割当スロット数ｓは全て端末ｋが使用できる。従って、Ｓｋ’にｓを加算して（ステップ６１０）、割当可能スロット数推定処理を終了する（ステップ６１４）。
一方、ステップ６０９において競合端末数ｎが０でなかった場合、Ｓｋ’にＳ／Ｎを加算し、ｓからその分（Ｓ／Ｎ）を減算する（ステップ６１１）。その後、ステップ６１２に進み、ｓがｎ＋１未満の場合は処理を終了する（ステップ６１４）。一方、ｓがｎ＋１以上の場合は、Ｓにｓを代入し、さらにＮにｎ＋１を代入してステップ６０３に戻る。
図７は、ＣＭＴ１１１で管理されるテーブルを示す。
ＣＭＴ１１１で管理されるテーブルは、基地局の情報が格納されるテーブル及び端末の情報が格納されるテーブルを含む。
基地局の情報が格納されるテーブルは、接続している端末に依存しない情報である、テーブルの接続端末数（Ｎ）７０１、及び、観測スロット数（Ｓ）７０２を含む。さらに、基地局のテーブルは、接続している端末に依存する情報である、端末の一連番号（ｊ）７０３、端末の識別子７０４、割当スロット数（Ｓｊ）７０５、平均受信可能レート（Ｒｊ）７０６、総スループット７０７、及びプライマリ７０８を含む。基地局のテーブルは、通信システムが構築された際に、ＣＭＴ１１１が監視する基地局毎に作成するとよい。なお、複数の基地局の情報を一つのテーブルに格納してもよい。
端末の情報が格納されるテーブル７００は、基地局の識別子７０９、基地局内端末番号（ｊ）７１１、推定スループット（Ｔｋ’）７１２、及びスループット７１３を含む。端末のテーブル７００は、各基地局から収集した情報４０７を受信した際に、まだ対応する端末のテーブルが存在しない場合に新たに作成するとよい。なお、複数の端末の情報を一つのテーブルに格納してもよい。
まず、基地局の情報が格納されるテーブルの接続端末数（Ｎ）７０１及び観測スロット数（Ｓ）７０２は、各基地局から収集した情報４０７からコピーされる。同様に、端末（ｊ）７０３、端末ＩＤ７０４、割当スロット数（Ｓｊ）７０５、及び平均受信可能レート（Ｒｊ）７０６は、各基地局から収集される情報４０７からコピーされる。
端末（ｊ）７０３は、基地局に接続する端末に対し基地局が割り当てた識別子であ、基地局内で固有の一連番号を用いるとよい。端末ＩＤ７０４は、通信事業者内の端末全てに割り当てられた識別子である。本図は、基地局Ａには１０台の端末が接続している場合の、テーブルの例を示す。
テーブルに格納される接続端末数（Ｎ）７０１、観測スロット数（Ｓ）７０２、割当スロット数（Ｓｊ）７０５、及び平均受信可能レート（Ｒｊ）７０６は、図５及び図６に示したプライマリ判定処理で使用される。端末ＩＤ７０４がｂｂｂｂの端末２のプライマリ判定を行う場合、端末１及び３〜１０の割当スロット数（Ｓｊ）７０５、接続端末数（Ｎ）７０１、及び観測スロット数（Ｓ）７０２から、端末２の推定割当可能スロット数Ｓ２’を求める。そして、推定割当可能スロット数Ｓ２’に端末２の平均受信可能レートＲ２を乗じることによって、基地局Ａでの端末２の推定スループット（Ｔ２’）７１２を求める。
次に、端末ＩＤ７０４がｂｂｂｂの端末のテーブル７００が既に存在する場合は、ｂｂｂｂに関するテーブル７００の基地局ＩＤ７０９を検索し、基地局Ａがまだ登録されていなければ、端末のテーブルに新たに登録する。基地局内端末番号（ｊ）７１１は、基地局のテーブルの端末（ｊ）７０３からコピーされる。推定スループット（Ｔｋ’）７１２は前述した手順によって求められた値が設定される。そして、端末に接続される全ての基地局の推定スループット（Ｔｋ’）７１２の中で、最大のスループットを提供可能な基地局をプライマリに決定する。
本図に示す状態では、基地局Ａが最大のスループットを提供するので、基地局Ａに対応するプライマリ７１０に”１”（すなわち、プライマリ）を設定し、それ以外には”０”（すなわち、セカンダリ）を設定する。プライマリ７１０の情報は、基地局毎のテーブルのプライマリ７０８にコピーされる。
また、端末（端末ＩＤ＝ｂｂｂｂ）に関するテーブル７００のスループット７１３は、接続先基地局に関するテーブルの割当スロット数（Ｓｊ）７０５と平均受信可能レート（Ｒｊ）７０６とを乗じた値が設定される。接続される全ての基地局に関し、スループット７１３が求められた後、求められたスループットの合計が接続される全ての基地局のテーブルの総スループット７０７に設定される。
その後、基地局Ａに関するテーブルの中で、全ての端末の総スループット７０７及びプライマリ７０８を求める。求められた総スループット７０７及びプライマリ７０８は、各基地局に通知する情報４０８として、基地局Ａに通知される。
図８Ａ及び図８Ｂは、基地局１０２、１０３及び１０４の構成を示すブロック図である。また、図９は、図８の評価演算部８０４で管理されるテーブルを示す。
基地局１０２、１０３及び１０４は、アンテナ８００、周波数分波／合成器８０１、上りチャネル受信部８０２、下りチャネル送信部８０３、評価演算部８０４、パケットバッファ８０５及びネットワーク通信部８０６を備える。
周波数分波／合成器８０１は、受信信号を分離し、送信信号を合成する。上りチャネル受信部８０２は、端末の受信可能レート（図９の９１０）を、受信信号から抽出し、評価演算部８０４に通知する（ｊ、Ｈ）。評価演算部８０４は、接続されている端末にタイムスロットを割り当て、タイムスロットが割り当てられた端末の識別子を下りパケットバッファ８０５に通知する（ｊ、Ｏ）。
下りパケットバッファ８０５は、ＰＣＦ／ＰＤＳＮ１０５、ＰＤＩＦ１０６又はＡＳＮ−ＧＷ１０７から受信した端末宛のパケットを、宛先毎に一時的に格納（バッファリング）する。また、下りパケットバッファ８０５は、スロットが割り当てられたタイミングで、端末毎に送信すべきパケットがバッファリングされているか否かを評価演算部８０４に通知する（ｊ、Ｆ）。
さらに、下りパケットバッファ８０５は、評価演算部８０４からスロットを割り当てた端末が通知されると、通知された端末のバッファからパケットを取り出し、下りチャネル送信部８０３に送信する。下りチャネル送信部８０３は、パケットを受信すると、送信信号を生成する。そして、生成された送信信号は周波数分波／合成器８０１で合成され、アンテナ８００から送出される。
ネットワーク通信部８０６は、評価演算部８０４から、接続端末数（Ｎ）７０１、観測スロット数（Ｓ）７０２、端末識別子である端末（ｊ）７０３、端末ＩＤ７０４、割当スロット数（Ｓｊ）７０５、及び平均受信可能レート（Ｒｊ）７０６を受信し、受信した情報をＣＭＴ１１１に送信する。また、ＣＭＴ１１１から受信した端末毎の総スループット７０７及びプライマリ７０８を、評価演算部８０４に送信する。
次に図８Ｂを参照して、評価演算部８０４の詳細な動作を説明する。
評価演算部８０４は、プライマリ最低スループット端末判定部８０７、制限端末判定部８０８、評価部８０９及びスループット演算部８１０を備える。
プライマリ最低スループット端末判定部８０７は、その基地局をプライマリとする端末で、かつ、スロットが割り当てられている時刻に送信すべきパケットが下りパケットバッファ８０５にバッファリングされている端末の最低スループットを特定する。そして、制限端末判定部８０８は、その基地局をセカンダリとする端末の中で、特定された最低スループット以上のスループットを得ている端末を特定する。
評価部８０９は、制限端末判定部８０８で特定された端末を除外して、プロポーショナル・フェアネスのアルゴリズムを用いて、タイムスロットを割り当てる端末を決定する。その後、スループット演算部８１０は、全ての接続端末のスループットの値を更新する。
次に、図９を参照して、基地局の評価演算部８０４によって管理されるテーブルについて説明する。
図９に示すテーブルは、端末（ｊ）９０１、端末の識別子９０２、割当スロット数（Ｓｊ）９０３、平均受信可能レート（Ｒｊ）９０４、総スループット９０５、プライマリ９０６、パケット有無９０７、プライマリ最低スループット端末９０８、制限端末９０９、受信可能レート９１０、スループット９１１、評価値９１２、及びスロット割当結果９１３を含む。
端末（ｊ）９０１は、端末が基地局に接続してきた際に基地局が端末に割り当てる識別子である。端末ＩＤ９０２は、端末が接続された時に、端末によって報告された値が格納される。割当スロット数（Ｓｊ）９０３は、評価演算部８０４によって測定される。同様に、平均受信可能レート（Ｒｊ）９０４も、評価演算部８０４によって測定される。
総スループット９０５及びプライマリ９０６には、ＣＭＴ１１１から通知された値が格納される。パケット有無９０７は、下りパケットバッファ８０５にパケットがバッファリングされているか否かを示す。すなわち、パケット有無９０７には、スロットが割り当てられた時刻に下りパケットバッファ８０５にパケットがバッファリングされている場合に”１”が設定され、バッファリングされていない場合に”０”が設定される。
プライマリ最低スループット端末９０８は、プライマリ最低スループット端末判定部８０７によって算出される。具体的には、パケット有無９０７が”１”、かつプライマリ９０６が”１”の端末のうち、総スループット９０５の最小値を求める。本例では、端末（ｊ）９０１が”１”の端末（端末１）の総スループットが４００であり、プライマリ９０６及びパケット有無９０７が、ともに”１”である端末ののうち、総スループットが最小である。
制限端末９０９は、制限端末判定部８０８によって算出される。具体的には、プライマリ９０６が”０”の端末について、総スループット９０５が、先に求められた総スループットの最小値を超えている場合に、制限端末９０９には”１”が設定され、総スループットの最小値を超えていない場合に、制限端末９０９には”０”が設定される。本例では、端末４〜８はプライマリ９０６が”０”であり、端末４、７及び８は総スループット９０５が４００を超えている。
受信可能レート９１０には、各端末から周期的に報告される値が格納される。スループット９１１は、端末の下りスループットを示す。評価値９１２及びスロット割当結果９１３は、評価部８０９によって算出される。具体的には、制限端末９０９が”０”であり、かつパケット有無９０７が”１”の端末について、式（１）を用いて求められた値が評価値９１２に設定される。
2008047456.tif 000003
制限端末９０９が”１”、又はパケット有無９０７が”０”の端末の評価値９１２には”０”が設定される。評価値９１２が最大の端末のスロット割当結果９１３には”１”が設定される。それ以外の端末のスロット割当結果９１３には”０”が設定される。本例では、端末５の評価値９１２が最大であるので、端末５にスロットが割り当てられ、下りパケットバッファ８０５に端末５が通知される。
その後、割当スロット数（Ｓｊ）９０３、平均受信可能レート（Ｒｊ）９０４及びスループット９１１を更新する。新しいスループット９１１の値は式（２）を用いて、スループット演算部８１０によって演算される。
2008047456.tif 000004
式（２）において、ｃ１は予め定められた定数である。
新しい平均受信可能レートＲｊ（９０４）は式（３）を用いて、スループット演算部８１０によって演算される。
2008047456.tif 000005
式（３）において、ｃ２は予め定められた定数である。
ここで、定数ｃ１、ｃ２は、基地局に静的に設定されるパラメータである。割当スロット数（Ｓｊ）９０３は、スロット割当結果９１３を加算した値に更新する。なお、更新回数が観測単位としての観測スロット数Ｓに達した場合は、端末（ｊ）９０１、端末ＩＤ９０２、割当スロット数（Ｓｊ）９０３、及び平均受信可能レート（Ｒｊ）９０４をネットワーク通信部８０６に通知し、割当スロット数（Ｓｊ）９０３は”０”にリセットされる。
なお、前述した例では、プライマリでかつ送信すべきパケットがバッファリングされている端末の中で最低スループット値を求め、求められた最低スループット値より総スループットが小さいセカンダリの端末に、タイムスロットが割り当てられる可能性があった。しかし、例えば、プライマリでかつ送信すべきパケットがバッファリングされている端末が１台でもあれば、セカンダリの端末にはタイムスロットを絶対に割り当てないようにすることによって、プライマリの端末により優先的にタイムスロットを割り当てることもできる。そうするために、制限端末９０９の計算方法を以下のように変更する。すなわち、プライマリ９０６が”１”で、パケット有無９０７が”１”の端末が存在するか否かを判定し、この条件を満たす端末が存在した場合は、プライマリ９０６が”０”の全ての端末の制限端末９０９を”１”に設定する。
図１０は、制御ノード（ＰＳＦ）１１３の構成を示すブロック図である。
ＰＳＦ１１３は、上位のＨＡ１０８に対してＦＡとして動作するため、ＦＡ位置登録部１１０４及びＦＡ位置登録のための情報を蓄積するＢｉｎｄｉｎｇ  ＤａｔａＢａｓｅ１１０６を備える。また、ＰＳＦ１１３は、下位のＰＣＦ／ＰＤＳＮ１０５、ＰＤＩＦ１０６及びＡＳＮ−ＧＷ１０７に対してＨＡとして動作するため、ＨＡ位置登録部１１０３及びＨＡ位置登録のための情報を蓄積するＢｉｎｄｉｎｇ  ＤａｔａＢａｓｅ１１０５を備える。
無線リンク振分制御部１１０１は、ＣＭＴ１１１から受信した、端末毎の無線システム間スループット比を無線情報データベース１１０２に格納し、無線情報データベース１１０２に格納された情報に基づいてパケットスイッチ１１０７を動作させる。トラフィック計測データベース１１０８は、ＰＳＦ１１３内を流れるトラフィックを計測し、トラフィックの計測結果を蓄積する。
図１１は、無線情報データベース１１０２に格納されるスループットテーブルを示す。
端末ＩＤ１２０１は、パケットを分配する対象の端末のＩＤである。ＥＶ−ＤＯ１２０２は、ＥＶ−ＤＯ無線システムのゲートウエイ装置であるＰＣＦ／ＰＤＳＮ１０５に分配されるパケットの相対量を示す。同様に、ＷｉＭＡＸ１２０３は、ＡＳＮ−ＧＷ１０７に分配されるパケットの相対量を示し、ＷｉＦｉ１２０４は、ＰＤＩＦ１０６に分配するパケットの相対量を示す。スループットテーブルに格納されるこれらの情報は、無線リンク振分制御部１１０１がＣＭＴ１１１から受信した情報である。
パケットスイッチ１１０７は、スループットテーブルに基づいて、例えば、ラウンドロビンに重み付けをして、端末宛パケットをＰＣＦ／ＰＤＳＮ１０５、ＡＳＮ−ＧＷ１０７及びＰＤＩＦ１０６に分配する。
＜実施形態２＞
次に、本発明の第２の実施の形態として、単一の基地局で複数の無線方式を収容する基地局に本発明を適用する場合を説明する。
図１２に、第２の実施の形態の基地局の構成を示す。この基地局は、ＣＭＴ１１１、ＰＣＦ／ＰＤＳＮ１０５、ＡＳＮ−ＧＷ１０７、ＰＤＩＦ１０６、及びＰＳＦ１１３の機能を備え、ＮＷ１１２に直接接続される。
周波数分波／合成器１００１、１０１１、上りチャネル受信部１００２、１０１２、下りチャネル送信部１００３、１０１３、評価演算部１００４、１０１４、及び下りパケットバッファ１００５は、それぞれ、図８に示す周波数分波／合成器８０１、上りチャネル受信部８０２、下りチャネル送信部８０３、評価演算部８０４、及び下りパケットバッファ８０５と同じである。
プライマリ判定部１００６は、図７に示すテーブルを格納し、図５に示すプライマリ判定処理を行い、及び総スループットを算出する。また、プライマリ判定部１００６は、総スループット７０７及びプライマリ７０８を、評価演算部１００４及び１０１４に通知する。
以上、複数の無線システムが、ＥＶ−ＤＯ、ＷｉＭＡＸのように無線方式自体が異なる場合を例にして説明したが、本発明は、同一の無線方式（例えば、ＥＶ−ＤＯ）であるが運用周波数が異なる場合にも適用できる。
本発明によれば、複数の無線システムを同時に使用できるコグニティブ端末は、最もスループットが得られる無線システムからは専用端末と同等のタイムスロットを獲得し、さらに他の無線システムからも付加的にタイムスロットを獲得できるので、コグニティブ端末の機能が有効に活用されるようにすることができる。
また、あるコグニティブ端末のプライマリシステムに接続する専用端末の観点からは、当該コグニティブ端末は専用端末と同等のタイムスロットを、当該無線システムに限定して受けようとしており、当該無線システムから割当がなければ十分な通信ができないという点で、コグニティブ端末と専用端末とがほぼ対等である。よってタイムスロットを公平に分け合うことができる。
また、あるコグニティブ端末のセカンダリシステムに接続する専用端末の観点からは、専用端末の中で最もサービス品質の悪い（スループットの小さい）端末と同等以下のサービス品質しか得ていないコグニティブ端末に対してのみ、タイムスロットが提供されるので、自己よりスループットの大きいコグニティブ端末にタイムスロットを奪われることがなくなる。
なお、特許請求の範囲に記載した以外の本発明の観点の代表的なものとして、次のものがあげられる。
（１）  無線端末と、前記無線端末と複数の無線方式によって通信する無線基地局と、を備える無線通信システムであって、
前記無線端末は、前記無線基地局から前記複数の無線システムによって送信された前記無線端末宛パケットを受信して、前記受信したパケットを再構築することによってデータ通信をし、
前記無線基地局は、
前記無線端末に主に使用される主無線方式と、前記無線端末に従に使用される従無線方式とを定める監視部と、
前記定められた無線方式に従って、何れの前記無線基地局に前記無線端末宛パケットを転送するかを制御する制御部と、
前記定められた無線方式に従って、前記無線端末宛パケットの転送レートを制御する無線部とを備えることを特徴とする無線通信システム。
（２）  前記監視部は、前記無線端末に主に使用される運用周波数を決定するプライマリ判定部を備えることを特徴とする（１）に記載の無線通信システム。
【産業上の利用可能性】
【０００６】
本発明は、携帯電話や無線ＬＡＮなどの複数の無線通信システムが同時に提供されるシステムに適用され、複数の端末に適切にスループットを割り当てることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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