(57)【要約】【課題】ヘテロジニアス制御において、ＢＤＰに相当する評価指標を導入し、この評価指標に基づいて使用中の無線方式の劣化を検知し、切替先の無線方式を選択することによって、ＴＣＰ特性を確保しつつ、ヘテロジニアス制御を実現する。【解決手段】複数の異種無線システムから、少なくとも一つの無線システムを選択して移動局装置と基地局装置とが無線通信を行なう無線通信システムであって、前記移動局装置と基地局装置との間で送受信される制御信号に基づいて、前記無線システム毎に帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出し、前記算出した評価指標に基づいて、通信中の無線システムの品質低下を検出し、この検出を契機として切替先となる無線システムを選択し、前記基地局装置と移動局装置とが、前記選択された無線システムを用いて無線通信を行なう。【選択図】図５
2011019006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の異種無線システムから、少なくとも一つの無線システムを選択して移動局装置と基地局装置とが無線通信を行なう無線通信システムであって、
前記移動局装置と基地局装置との間で送受信される制御信号に基づいて、前記無線システム毎に帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出し、前記算出した評価指標に基づいて、通信中の無線システムの品質低下を検出し、この検出を契機として切替先となる無線システムを選択し、前記基地局装置と移動局装置とが、前記選択された無線システムを用いて無線通信を行なうことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記移動局装置は、ダウンリンクの帯域幅を示す情報、ダウンリンクの伝送遅延を示す情報、ダウンリンクの再送遅延を示す情報およびアップリングの滞留遅延を示す情報を取得し、
前記基地局装置は、ダウンリンクの滞留遅延を示す情報、アップリンクの帯域幅を示す情報、アップリンクの伝送遅延を示す情報およびアップリンクの再送遅延を示す情報を取得し、
前記移動局装置は、前記全ての情報に基づいて、前記無線システム毎にアップリンクおよびダウンリンクにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出し、前記算出した評価指標に基づいて、アップリンクおよびダウンリンクにおいて切替先となる無線システムを選択することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記移動局装置は、ダウンリンクの帯域幅を示す情報、ダウンリンクの伝送遅延を示す情報およびダウンリンクの再送遅延を示す情報を取得し、
前記基地局装置は、ダウンリンクの滞留遅延を示す情報を取得して前記移動局装置へ通知し、
前記移動局装置は、前記無線システム毎にダウンリンクのみにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出し、前記算出した評価指標に基づいて、アップリンクおよびダウンリンクにおいて切替先となる無線システムを選択することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記移動局装置は、アップリンクの滞留遅延を示す情報を取得して前記基地局装置へ通知し、
前記基地局装置は、アップリンクの帯域幅を示す情報、アップリンクの伝送遅延を示す情報およびアップリンクの再送遅延を示す情報を取得し、
前記基地局装置は、前記無線システム毎にアップリンクのみにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出し、前記算出した評価指標に基づいて、アップリンクおよびダウンリンクにおいて切替先となる無線システムを選択することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記移動局装置は、アップリンクの滞留遅延を示す情報を取得し、
前記基地局装置は、アップリンクの帯域幅を示す情報、アップリンクの伝送遅延を示す情報およびアップリンクの再送遅延を示す情報を取得して前記移動局装置へ通知し、
前記移動局装置は、前記無線システム毎にアップリンクのみにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出し、前記算出した評価指標に基づいて、アップリンクおよびダウンリンクにおいて切替先となる無線システムを選択することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記移動局装置または前記基地局装置のいずれかで前記評価指標の算出を行なうかについて、アプリケーションの種類に応じて決定することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項７】
通信中の無線システムの品質が低下したかどうかを監視する場合は、アップリンクのみにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標またはダウンリンクのみにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を使用する一方、通信中の無線システムの品質が低下したことを認識し、無線システムの切替先を選択する場合は、アップリンクおよびダウンリンクにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を使用することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記帯域幅遅延積に相当する評価指標を構成する帯域幅に相当する指標と遅延時間に相当する指標のうち、いずれか一方に重み付けを行なうことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記帯域幅遅延積に相当する評価指標は、遅延時間に相当する指標に反比例することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項１０】
複数の異種無線システムから、少なくとも一つの無線システムを選択して移動局装置と基地局装置とが無線通信を行なう無線通信システムに適用される移動局装置であって、
相互に異なる方式で無線送信を行なう複数の無線モジュールと、
動作させる前記無線モジュールを切り替えるスイッチ部と、
前記基地局装置との間で送受信される制御信号に基づいて、前記無線システム毎に帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出し、前記算出した評価指標に基づいて、通信中の無線システムの品質低下を検出し、この検出を契機として切替先となる無線システムを選択する無線環境認識部と、を備え、
前記無線環境認識部は、ダウンリンクの帯域幅を示す情報、ダウンリンクの伝送遅延を示す情報、ダウンリンクの再送遅延を示す情報およびアップリングの滞留遅延を示す情報を取得すると共に、前記基地局装置から、ダウンリンクの滞留遅延を示す情報、アップリンクの帯域幅を示す情報、アップリンクの伝送遅延を示す情報およびアップリンクの再送遅延を示す情報を取得し、前記全ての情報に基づいて、前記無線システム毎にアップリンクおよびダウンリンクにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出し、前記算出した評価指標に基づいて、アップリンクおよびダウンリンクにおいて切替先となる無線システムを選択し、
前記選択した無線システムを用いて、前記基地局装置との間で無線通信を行なうことを特徴とする移動局装置。
【請求項１１】
複数の異種無線システムから、少なくとも一つの無線システムを選択して移動局装置と基地局装置とが無線通信を行なう無線通信システムに適用される基地局装置であって、
相互に異なる方式で無線送信を行なう複数の無線モジュールと、
動作させる前記無線モジュールを切り替えるスイッチ部と、
前記基地局装置との間で送受信される制御信号に基づいて、前記無線システム毎に帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出し、前記算出した評価指標に基づいて、通信中の無線システムの品質低下を検出し、この検出を契機として切替先となる無線システムを選択する無線環境認識部と、を備え、
前記無線環境認識部は、アップリンクの帯域幅を示す情報、アップリンクの伝送遅延を示す情報およびアップリンクの再送遅延を示す情報を取得すると共に、前記移動局装置から、アップリンクの滞留遅延を示す情報を取得し、前記無線システム毎にアップリンクのみにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出し、前記算出した評価指標に基づいて、アップリンクおよびダウンリンクにおいて切替先となる無線システムを選択し、
前記選択した無線システムを用いて、前記移動局装置との間で無線通信を行なうことを特徴とする基地局装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の異種無線システムから、少なくとも一つの無線システムを選択して移動局装置と基地局装置とが無線通信を行なう技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、無線ＬＡＮ、携帯電話等の異なる無線システムを統合するための技術が提案されている。例えば、特許文献１には、ピコセル、マイクロセル、マクロセルなる異なるセルサイズを有する異種無線システムを、コグニティブ基地局装置、コグニティブ端末を用いて統合する技術が開示されている。コグニティブ基地局装置、コグニティブ端末は、スイッチ、複数の無線モジュール、無線環境認識部を備えており、無線環境認識部は、無線環境を認識して、その認識結果に基づき、スイッチに対してリンクフレームの分配先である無線モジュールを指示する。リンクフレームは指示された無線モジュールを介して送受信される。
【０００３】
また、非特許文献１は、無線通信におけるＴＣＰスループットを改善するための改良型ＴＣＰを提案している。特に、無線通信における帯域幅遅延積（ＢＤＰ：Bandwidth Delay Product）に着目し、ＢＤＰを高精度に測定することで、ＴＣＰスループットを改善している。
【０００４】
また、非特許文献２は、トランスポートレイヤの特性改善を目的とした、無線スケジューラ方式を提案している。携帯電話システムである１ｘＥＶ−ＤＯを対象方式として平均キューサイズ、平均スループットから求めた評価関数値が最大値をとる端末に、通信を優先的に許可する方式である。
【０００５】
また、非特許文献３は、トランスポートレイヤの特性改善を目的とした，無線スケジューラ方式を提案している。ブロードバンド無線システムであるＷｉＭＡＸを対象として、送信待ちパケット数、平均スループットから求めた評価関数値が最大値を取る端末に、通信を優先的に許可する方式である。
【０００６】
また、非特許文献４は、伝送層からＴＣＰ層にハンドオーバの開始、終了を通知するクロスレイヤ処理により、ハンドオーバ時のＴＣＰ特性の低下を回避する方式を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−８５７５９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】五十嵐健他、「広帯域無線ネットークむけデータ送信量自動調整方法の提案」、インターネットコンファレンス２００７
【非特許文献２】T.Klein他、‘Improved TCP performance in wireless IP networks through enhanced opportunistic scheduling algorithms’, GLOBECOM 2004
【非特許文献３】X,Yang.他、‘Exploiting the MAC layer flexibility of WiMAX to systematically enhance TCP performance’, Mobile WiMAX Symposium, 2007
【非特許文献４】韓、寺岡、「クロスレイヤアーキテクチャに基づくハンドオーバ時のTCPのふくそう制御」、IEICEVol.J91-B No.10
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
無線通信では、急激な伝送路特性の変動やパケット損失等を原因としたＴＣＰスループットの低下が報告されている（非特許文献１）。ＴＣＰは、ＷＥＢブラウジング等の著名なアプリケーションで多数のユーザに使われており、ユーザの利便性直結する要素である。このため、ＴＣＰスループットの低下に対する解決が望まれている。解決手法として、一つの無線方式に閉じて、複数の端末に資源を分配する際に、ＴＣＰ特性に配慮したスケジューラ（非特許文献２、３）や、クロスレイヤ制御（非特許文献４）等が提案されている。特に、非特許文献１、４において、ＢＤＰの変動が与える悪影響が言及されている。特許文献３では、ＢＤＰが大きい値を取る端末に積極的に無線資源を割り当てる（優先する）ことで、ＴＣＰアプリケーションの特性を向上させている。
【００１０】
一方、無線資源の有効利用のために、異なる無線方式を適宜選択して用いるヘテロジニアス制御技術の検討が進められている。特許文献１では、異なる無線システムの基地局装置の上位にスイッチを接続して、無線環境に応じて最適な無線システムを切替える方式が示されている。ヘテロジニアス制御の対象となる無線方式は、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、ＷｉＭＡＸ、Ｗｉ−Ｆｉ等である。これらの無線方式に求められる性能は、遅延時間として、ＬＴＥで５ｍｓ未満、ＷｉＭＡＸで５０ｍｓ未満、ＷｉＦｉは規定なしである。最高伝送速度は、ＬＴＥで１００Ｍｂｐｓ程度、ＷｉＭＡＸで７５Ｍｂｐｓ程度、Ｗｉ−Ｆｉで２７Ｍｂｐｓ程度である。無線方式間で特性の差異が大きいため、ヘテロジニアス制御において、無線方式間を切替える際に、非特許文献１〜４のようなＴＣＰへの配慮がより一層重要となっている。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ヘテロジニアス制御において、ＢＤＰに相当する評価指標を導入し、この評価指標に基づいて使用中の無線方式の劣化を検知し、切替先の無線方式を選択することによって、ＴＣＰ特性を確保しつつ、ヘテロジニアス制御を実現することができる無線通信システム、移動局装置および基地局装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の無線通信システムは、複数の異種無線システムから、少なくとも一つの無線システムを選択して移動局装置と基地局装置とが無線通信を行なう無線通信システムであって、前記移動局装置と基地局装置との間で送受信される制御信号に基づいて、前記無線システム毎に帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出し、前記算出した評価指標に基づいて、通信中の無線システムの品質低下を検出し、この検出を契機として切替先となる無線システムを選択し、前記基地局装置と移動局装置とが、前記選択された無線システムを用いて無線通信を行なうことを特徴としている。
【００１３】
このように、移動局装置と基地局装置との間で送受信される制御信号に基づいて、無線システム毎に帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出し、この算出した評価指標に基づいて、通信中の無線システムの品質低下を検出し、この検出を契機として切替先となる無線システムを選択するので、ユーザトラフィックが発生していない無線システムにおいても評価指標を算出することができると共に、ＴＣＰ特性に配慮する無線システムの切り替えを行なうことが可能となる。これにより、ＴＣＰ特性を確保しつつ、ヘテロジニアス制御を実現することが可能となる。
【００１４】
（２）また、本発明の無線通信システムにおいて、前記移動局装置は、ダウンリンクの帯域幅を示す情報、ダウンリンクの伝送遅延を示す情報、ダウンリンクの再送遅延を示す情報およびアップリングの滞留遅延を示す情報を取得し、前記基地局装置は、ダウンリンクの滞留遅延を示す情報、アップリンクの帯域幅を示す情報、アップリンクの伝送遅延を示す情報およびアップリンクの再送遅延を示す情報を取得し、前記移動局装置は、前記全ての情報に基づいて、前記無線システム毎にアップリンクおよびダウンリンクにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出し、前記算出した評価指標に基づいて、アップリンクおよびダウンリンクにおいて切替先となる無線システムを選択することを特徴としている。
【００１５】
この構成により、ユーザトラフィックが発生していない無線システムにおいても評価指標を算出することができると共に、ＴＣＰ特性に配慮する無線システムの切り替えを行なうことが可能となる。これにより、ＴＣＰ特性を確保しつつ、ヘテロジニアス制御を実現することが可能となる。
【００１６】
（３）また、本発明の無線通信システムにおいて、前記移動局装置は、ダウンリンクの帯域幅を示す情報、ダウンリンクの伝送遅延を示す情報およびダウンリンクの再送遅延を示す情報を取得し、前記基地局装置は、ダウンリンクの滞留遅延を示す情報を取得して前記移動局装置へ通知し、前記移動局装置は、前記無線システム毎にダウンリンクのみにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出し、前記算出した評価指標に基づいて、アップリンクおよびダウンリンクにおいて切替先となる無線システムを選択することを特徴としている。
【００１７】
この構成により、ユーザトラフィックが発生していない無線システムにおいても評価指標を算出することができると共に、ＴＣＰ特性に配慮する無線システムの切り替えを行なうことが可能となる。これにより、ＴＣＰ特性を確保しつつ、ヘテロジニアス制御を実現することが可能となる。さらに、無線システム毎にダウンリンクのみにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出するので、評価指標を算出する際の処理量を削減することが可能となる。
【００１８】
（４）また、本発明の無線通信システムにおいて、前記移動局装置は、アップリンクの滞留遅延を示す情報を取得して前記基地局装置へ通知し、前記基地局装置は、アップリンクの帯域幅を示す情報、アップリンクの伝送遅延を示す情報およびアップリンクの再送遅延を示す情報を取得し、前記基地局装置は、前記無線システム毎にアップリンクのみにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出し、前記算出した評価指標に基づいて、アップリンクおよびダウンリンクにおいて切替先となる無線システムを選択することを特徴としている。
【００１９】
この構成により、ユーザトラフィックが発生していない無線システムにおいても評価指標を算出することができると共に、ＴＣＰ特性に配慮する無線システムの切り替えを行なうことが可能となる。これにより、ＴＣＰ特性を確保しつつ、ヘテロジニアス制御を実現することが可能となる。さらに、無線システム毎にアップリンクのみにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出するので、評価指標を算出する際の処理量を削減することが可能となる。
【００２０】
（５）また、本発明の無線通信システムにおいて、前記移動局装置は、アップリンクの滞留遅延を示す情報を取得し、前記基地局装置は、アップリンクの帯域幅を示す情報、アップリンクの伝送遅延を示す情報およびアップリンクの再送遅延を示す情報を取得して前記移動局装置へ通知し、前記移動局装置は、前記無線システム毎にアップリンクのみにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出し、前記算出した評価指標に基づいて、アップリンクおよびダウンリンクにおいて切替先となる無線システムを選択することを特徴としている。
【００２１】
この構成により、ユーザトラフィックが発生していない無線システムにおいても評価指標を算出することができると共に、ＴＣＰ特性に配慮する無線システムの切り替えを行なうことが可能となる。これにより、ＴＣＰ特性を確保しつつ、ヘテロジニアス制御を実現することが可能となる。さらに、無線システム毎にアップリンクのみにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出するので、評価指標を算出する際の処理量を削減することが可能となる。
【００２２】
（６）また、本発明の無線通信システムにおいて、前記移動局装置または前記基地局装置のいずれかで前記評価指標の算出を行なうかについて、アプリケーションの種類に応じて決定することを特徴としている。
【００２３】
このように、移動局装置または前記基地局装置のいずれかで前記評価指標の算出を行なうかについて、アプリケーションの種類に応じて決定するので、ダウンリンクを重視するアプリケーションやアップリンクを重視するアプリケーションのそれぞれに応じて、最適な手法を選択することが可能となる。
【００２４】
（７）また、本発明の無線通信システムは、通信中の無線システムの品質が低下したかどうかを監視する場合は、アップリンクのみにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標またはダウンリンクのみにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を使用する一方、通信中の無線システムの品質が低下したことを認識し、無線システムの切替先を選択する場合は、アップリンクおよびダウンリンクにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を使用することを特徴としている。
【００２５】
このように、通信中の無線システムの品質が低下したかどうかを監視する場合は、アップリンクのみにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標またはダウンリンクのみにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を使用するので、評価指標を算出する際の処理量を削減することが可能となる。また、通信中の無線システムの品質が低下したことを認識し、無線システムの切替先を選択する場合は、アップリンクおよびダウンリンクにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を使用するので、ＴＰＣ特性を確保しつつ、ヘテロジニアス制御を最適に行なうことが可能となる。
【００２６】
（８）また、本発明の無線通信システムは、前記帯域幅遅延積に相当する評価指標を構成する帯域幅に相当する指標と遅延時間に相当する指標のうち、いずれか一方に重み付けを行なうことを特徴としている。
【００２７】
このように、帯域幅遅延積に相当する評価指標を構成する帯域幅に相当する指標と遅延時間に相当する指標のうち、いずれか一方に重み付けを行なうので、帯域幅を重視したり、遅延時間を重視したりすることを柔軟に切り替えることが可能となる。また、上り方向または下り方向に個別の重み付けをすることによって、アップリンク重視またはダウンリンク重視の評価指標を用いることが可能となる。
【００２８】
（９）また、本発明の無線通信システムにおいて、前記帯域幅遅延積に相当する評価指標は、遅延時間に相当する指標に反比例することを特徴としている。
【００２９】
このように、帯域幅遅延積に相当する評価指標は、遅延時間に相当する指標に反比例するので、個別の無線システムが、ＢＤＰまたはＢＤＰ相当の指標に基づく無線資源割り当てを行なわない場合にも本発明を適用することが可能となる。例えば、個別の無線システムにおいて、スループットが高い移動局装置が優先的に無線資源割り当てを受ける場合、本発明を適用することによって、スループット重視のＵＤＰ（User Datagram Protocol）を用いるアプリケーションに対応することが可能となる。
【００３０】
（１０）また、本発明の移動局装置は、複数の異種無線システムから、少なくとも一つの無線システムを選択して移動局装置と基地局装置とが無線通信を行なう無線通信システムに適用される移動局装置であって、相互に異なる方式で無線送信を行なう複数の無線モジュールと、動作させる前記無線モジュールを切り替えるスイッチ部と、前記基地局装置との間で送受信される制御信号に基づいて、前記無線システム毎に帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出し、前記算出した評価指標に基づいて、通信中の無線システムの品質低下を検出し、この検出を契機として切替先となる無線システムを選択する無線環境認識部と、を備え、前記無線環境認識部は、ダウンリンクの帯域幅を示す情報、ダウンリンクの伝送遅延を示す情報、ダウンリンクの再送遅延を示す情報およびアップリングの滞留遅延を示す情報を取得すると共に、前記基地局装置から、ダウンリンクの滞留遅延を示す情報、アップリンクの帯域幅を示す情報、アップリンクの伝送遅延を示す情報およびアップリンクの再送遅延を示す情報を取得し、前記全ての情報に基づいて、前記無線システム毎にアップリンクおよびダウンリンクにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出し、前記算出した評価指標に基づいて、アップリンクおよびダウンリンクにおいて切替先となる無線システムを選択し、前記選択した無線システムを用いて、前記基地局装置との間で無線通信を行なうことを特徴としている。
【００３１】
このように、移動局装置と基地局装置との間で送受信される制御信号に基づいて、無線システム毎に帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出し、この算出した評価指標に基づいて、通信中の無線システムの品質低下を検出し、この検出を契機として切替先となる無線システムを選択するので、ユーザトラフィックが発生していない無線システムにおいても評価指標を算出することができると共に、ＴＣＰ特性に配慮する無線システムの切り替えを行なうことが可能となる。これにより、ＴＣＰ特性を確保しつつ、ヘテロジニアス制御を実現することが可能となる。
【００３２】
（１１）また、本発明の基地局装置は、複数の異種無線システムから、少なくとも一つの無線システムを選択して移動局装置と基地局装置とが無線通信を行なう無線通信システムに適用される基地局装置であって、相互に異なる方式で無線送信を行なう複数の無線モジュールと、動作させる前記無線モジュールを切り替えるスイッチ部と、前記基地局装置との間で送受信される制御信号に基づいて、前記無線システム毎に帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出し、前記算出した評価指標に基づいて、通信中の無線システムの品質低下を検出し、この検出を契機として切替先となる無線システムを選択する無線環境認識部と、を備え、前記無線環境認識部は、アップリンクの帯域幅を示す情報、アップリンクの伝送遅延を示す情報およびアップリンクの再送遅延を示す情報を取得すると共に、前記移動局装置から、アップリンクの滞留遅延を示す情報を取得し、前記無線システム毎にアップリンクのみにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出し、前記算出した評価指標に基づいて、アップリンクおよびダウンリンクにおいて切替先となる無線システムを選択し、前記選択した無線システムを用いて、前記移動局装置との間で無線通信を行なうことを特徴としている。
【００３３】
このように、移動局装置と基地局装置との間で送受信される制御信号に基づいて、無線システム毎に帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出し、この算出した評価指標に基づいて、通信中の無線システムの品質低下を検出し、この検出を契機として切替先となる無線システムを選択するので、ユーザトラフィックが発生していない無線システムにおいても評価指標を算出することができると共に、ＴＣＰ特性に配慮する無線システムの切り替えを行なうことが可能となる。これにより、ＴＣＰ特性を確保しつつ、ヘテロジニアス制御を実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、ユーザトラフィックが発生していない無線システムにおいても評価指標を算出することができると共に、ＴＣＰ特性に配慮する無線システムの切り替えを行なうことが可能となる。これにより、ＴＣＰ特性を確保しつつ、ヘテロジニアス制御を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施形態に係る無線通信システムの構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る基地局装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係る移動局装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】基地局装置と移動局装置の無線接続の関係を示す図である。
【図５】本実施形態で帯域幅遅延積（ＢＤＰ：Bandwidth Delay Product）に相当する評価指標を用いた無線システム選択の概念を示す図である。
【図６】ＢＷ（ｔ）の算出方法を示す図である。
【図７】ＤＬの算出方法を示す図である。
【図８】第１の実施形態に係る無線通信システムの動作を示すシーケンスチャートである。
【図９】第２の実施形態に係る無線通信システムの動作を示すシーケンスチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、非特許文献１〜４に開示されている技術を適用し、個別の無線システム毎に、ＴＣＰに配慮しつつ、その上位に立つヘテロジニアス制御において、同様の配慮を加えることによって、複数の無線システムに渡るＴＣＰ特性の確保を実現する。さらに、個別の無線システムが、従来の伝送速度重視の資源配分を行なっていた場合においても、ヘテロジニアス制御において、本実施形態の制御を行なうことによって、特性確保の効果を期待できる。
【００３７】
特許文献３に開示されているように、今後は、個別の無線システムにおいてＢＤＰが大きい端末に対して優先的に無線資源割当が行なわれるため、本実施形態では、ＢＤＰが大きい無線システムを積極的に選択利用する。具体的には、ヘテロジニアス制御において、ＢＤＰに相当する評価指標を設けて、評価指標の連続性を確保する。この評価指標に基づいて、使用中の無線システムの劣化を検知し、切替先となる無線システムを選択する。
【００３８】
図１は、本実施形態に係る無線通信システムの構成を示す図である。図２は、本実施形態に係る基地局装置の概略構成を示すブロック図であり、図３は、本実施形態に係る移動局装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る無線通信システムのネットワークは、マクロセル無線モジュール１４ａによるマクロセル、マイクロセル無線モジュール１４ｂ、ピコセル無線モジュール１４ｃ、移動局装置１００、スイッチ１３から構成される。
【００３９】
また、図２に示すように、基地局装置１０は、コア網側インタフェイス１１、仮想ＭＡＣ処理部１２、スイッチ１３、マクロセル無線モジュール１４ａ、マイクロセル無線モジュール１４ｂ、ピコセル無線モジュール１４ｃ、無線環境認識部１５、センサ１６から構成される。なお、基地局装置１０は、仮想ＭＡＣ処理部１２を有しているが、これに限定されるわけではない。基地局装置１０は、無線環境認識部１５が取得した通信品質などの情報に基づき、最適な無線モジュールを選択するようにスイッチ１３を制御する。
【００４０】
また、図３に示すように、移動局装置１００は、ユーザ網側インタフェイス１０１、仮想ＭＡＣ処理部１０２、スイッチ１０３、マクロセル無線モジュール１０４ａ、マイクロセル無線モジュール１０４ｂ、ピコセル無線モジュール１０４ｃ、無線環境認識部１０５、センサ１０６から構成される。なお、移動局装置１００は、仮想ＭＡＣ処理部１０２を有しているが、これに限定されるわけではない。移動局装置１００は、無線環境認識部１０５が取得した通信品質などの情報に基づき、最適な無線モジュールを選択するようにスイッチ１０３を制御する。
【００４１】
図４は、基地局装置（図２）と移動局装置（図３）の無線接続の関係を示す図である。基地局装置、移動局装置の間で同種の無線モジュール間で接続が行なわれる。
【００４２】
図５は、本実施形態で帯域幅遅延積（ＢＤＰ：Bandwidth Delay Product）に相当する評価指標を用いた無線システム選択の概念を示す図である。トランスポートレイヤにおけるＢＤＰは、エンドエンドのクライアント、サーバ間で定義される。しかしながら、複数無線システム（無線システム）が適宜切替えられるヘテロジニアス無線においては、使用されていない無線システムを、仮に使用したとした場合のエンドエンドのＢＤＰを求めることは困難である。そこで、本実施形態では、無線システム毎に、基地局装置〜移動局装置間でＢＤＰに相当する評価指標Ｆを新たに設定し、本来のＢＤＰの代替として用いる。本実施形態では、評価指標Ｆを以下のように定義する。
【００４３】
評価指標Ｆ（ｔ）＝ＢＷ（ｔ）×ＤＬ（ｔ）・・・（式１）
ＢＷ（ｔ）＝帯域幅に相当する指標
ＤＬ（ｔ）＝遅延時間に相当する指標
【００４４】
［ＢＷ（ｔ）の算出方法］
図６は、ＢＷ（ｔ）の算出方法を示す図である。ＢＷ（ｔ）は、無線システム毎に適用されている既存技術で求めた値を元に算出する。１ｘＥＶ−ＤＯ等の無線システムでは、無線チャネルのＣＩＲ（Carrier Interference Ratio）から伝送速度に変換する。ＷｉＭＡＸ等のサブキャリアを用いる無線システムでは、全帯域幅の平均ＣＩＲから伝送速度に変換する。Ｗｉ−Ｆｉ等の無線システムでは、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication）から伝送速度に変換する。
【００４５】
ＢＷ１（ｔ）＝ｆ１（Ｓ（ｔ））・・・（式２）
ｆ１：伝送速度変換テーブル
Ｓ（ｔ）：ＣＩＲあるいはＲＳＳＩ
【００４６】
ＢＷ１は瞬時値であり、１台の無線機がＢＷ１を継続して得られるわけではない。これは、ＢＷ１を得る無線機は、周辺の他無線機と資源（利用できる時間等）を共有するためである。特に、本来のＢＤＰは実効的な帯域幅を反映させる必要があり、資源共有の影響を加味する必要がある。
【００４７】
そこで、周辺無線機の台数Ｎを含めた近似としてＢＷ２を求める。Ｎは、同じ基地局装置の配下に位置する移動局装置総数あるいは、Ｂｅｓｔ  Ｅｆｆｏｒｔ資源配分を受ける移動局装置総数としてもよい。配下の移動局装置数を把握している基地局装置が、無線制御信号を介して、移動局装置へＮを通知してもよい。
【００４８】
ＢＷ２（ｔ）＝ＢＷ１（ｔ）÷Ｎ・・・（式３）
【００４９】
ＬＴＥ、ＷｉＭＡＸでは、基地局装置配下の資源配分情報が、移動局装置へ定期的に通知される。移動局装置は、その情報から、直接にＢＷ２（ｔ）を得てもよい。さらに、ＬＴＥ、ＷｉＭＡＸでは、通信に一定量の資源を準固定的に割り当てる。ＢＷ２は、瞬間の値（瞬時値）であり、それから平均値ＢＷ３、あるいは、平均値に対する瞬時値の割合ＢＷ４を求めてもよい。平均値ＢＷ３を用いることで、瞬間的な変動の影響を軽減する。ＢＷ４により、特別に状況がよいタイミングを優先して反映させる。
【００５０】
ＢＷ３（ｔ）＝ＢＷ３（ｔ−１）×｛１−１／ｔｃ｝＋１／ｔｃ×ＢＷ２（ｔ）・・・（式４）
式１におけるＢＷとして、ＢＷ１〜ＢＷ３の何れを用いてもよい。
【００５１】
［ＤＬの算出方法］
図７は、ＤＬの算出方法を示す図である。基地局装置、移動局装置間の遅延時間測定の既存技術は、実際にパケット送信を行なって実測する手法が多い。すなわち、時刻情報を載せたパケットを送信し、受信側で（受信時刻−時刻情報）を求める。あるいは、送信パケットの返信を待ち（受信時刻−送信時刻）÷２を求める。ヘテロジニアス制御では、消費電力、無線資源消費の観点から、使用中でない無線システム上のパケット送受信は好ましくない。そこで、実パケットの送信を避けて、等価的な遅延時間ＤＬを求める必要がある。
【００５２】
ＤＬ＝ＤＬ１×ＤＬ２＋ＤＬ３＋ＤＬ４・・・（式５）
ＤＬ１：伝送遅延、ＤＬ２：再送遅延、ＤＬ３：滞留遅延、ＤＬ４：システム遅延
【００５３】
伝送遅延ＤＬ１を、アプリケーションパケットサイズＰ１の伝送に要する時間をＤＬ１と定義する。これは、アプリケーションパケットサイズＰ１を帯域幅ＢＷで除算し、補正係数Ｓ１を乗じることで近似する。補正係数Ｓ１は、無線システム固有の調整、輻輳時の調整に用いる変数である。
【００５４】
ＤＬ１＝Ｐ１÷ＢＷ×Ｓ１・・・（式６）
Ｐ１：アプリケーションパケットサイズ、ＢＷ：帯域幅、Ｓ１：補正係数
【００５５】
アプリケーションパケット１個が、複数の無線パケットに分割される影響をＤＬ１に含めてもよい。補正係数Ｓ２は、無線システム固有の調整、輻輳時の調整に用いる変数である。
【００５６】
ＤＬ１＝Ｐ１÷Ｐ２（ＢＷ）×Ｔ（ＢＷ）・・・（式７）
Ｐ１：アプリケーションパケットサイズ
Ｐ２（ＢＷ）：帯域幅ＢＷの無線パケットのペイロードサイズ
Ｔ（ＢＷ）：帯域幅ＢＷの無線パケット１個の送信に要する所要時間（無線システム固有のフレーム長、スロット長の倍数）
Ｓ２：補正係数
【００５７】
再送遅延ＤＬ２を、無線パケットの消失によって生じる再送の影響を示す補正項をＤＬ２と定義する。これは、パケット誤り率Ｐｅｒ、再送時間間隔Ｔｒから近似的に求める。Ｐｅｒは、制御目標値であるｔａｒｇｅｔ  Ｐｅｒを用いる。また、Ｐｅｒ測定値、ＢＷ１（ｔ）算出に用いたＣＩＲから推定した値の何れかを用いてもよい。
【００５８】
ＤＬ２＝１÷（１−Ｐｅｒ）×（１＋Ｔｒ÷ＤＬ１）・・・（式８）
Ｐｅｒ  ：パケット誤り率
Ｔｒ：再送時間間隔
【００５９】
滞留遅延ＤＬ３を、有線ネットワークから無線機にパケットが到着後、無線機の送信キュー（送信待ちバッファ）から消えて、送信が完了するまでの時間と定義する。ＤＬ３として、無線機の送信キュー内の待ちパケット数に、補正係数Ｓ３を乗じた値を用いてもよい。但し、ヘテロジニアス無線において、選択中でない無線システム宛に、アプリケーションパケットが到着しない。このため、滞留遅延ＤＬ３の測定は困難である。そこで、滞留遅延ＤＬ３の計測値として、無線制御信号も対象に含めてもよい。
【００６０】
システム遅延ＤＬ４を、無線システムが固有に持つ遅延時間をＤＬ４と定義する。固定値として無線システム毎に設定する。
【００６１】
［第１の実施形態］
図８は、第１の実施形態に係る無線通信システムの動作を示すシーケンスチャートである。図１〜図４において、移動局装置、基地局装置の無線環境認識部１５、１０５が、上記算出方法によって評価指標Ｆを取得する。無線通信は、ダウンリンク（基地局装置から移動局装置への通信）、アップリンク（移動局装置から基地局装置への通信）の双方向で行なわれる為、基地局装置、移動局装置が役割分担を行なって測定したＢＷ、ＤＬを用いて、総合的に評価指標Ｆを取得する。
【００６２】
＜役割分担の例＞
移動局装置の無線環境認識部１０５が取得する情報（ステップＳ１）
ダウンリンクのＢＷ            （受信側の測定が基本）
ダウンリンクのＤＬ１、ＤＬ２  （受信側の測定が基本）
アップリンクのＤＬ３          （送信側の測定が基本）
基地局装置の無線環境認識部１５が取得する情報（ステップＳ１）
ダウンリンクのＤＬ３          （送信側の測定が基本）
アップリンクのＢＷ            （受信側の測定が基本）
アップリンクのＤＬ１、ＤＬ２  （受信側の測定が基本）
【００６３】
なお、ダウンリンクのＳ（ｔ）、例えば、ＣＩＲやＲＳＳＩなどは、無線制御信号を介して移動局装置から基地局装置へ通知される無線システムがある。この場合、ダウンリンクのＢＷは、基地局装置の無線環境認識部１５で取得可能である。
【００６４】
基地局装置の無線環境認識部１５は測定した情報を、使用中の無線システムを通じて、移動局装置の無線環境認識部１０５に通知する（図８：ステップＳ２）。移動局装置では、常に総合的な評価指標Ｆを算出して、Ｆが最高値をとる無線システムを選択する（図８：ステップＳ３）。
【００６５】
Ｆ＝（ダウンリンクのＢＷ＋アップリンクのＢＷ）×（ダウンリンクのΣＤＬ＋アップリンクのΣＤＬ）・・・（式９）
【００６６】
移動局装置の無線環境認識部１０５は、選択された無線システムを、移動局装置と基地局装置のスイッチに通知して、ダウンリンク、アップリンクの双方で無線システムの切り替えを行なう（図８：ステップＳ４）。
【００６７】
以上説明したように、第１の実施形態によれば、ユーザトラフィックが発生していない無線システムにおいても評価指標を算出することができると共に、ＴＣＰ特性に配慮する無線システムの切り替えを行なうことが可能となる。これにより、ＴＣＰ特性を確保しつつ、ヘテロジニアス制御を実現することが可能となる。
【００６８】
［第２の実施形態］
第２の実施形態では、第１の実施形態よりも評価指標Ｆの処理量を削減する。そのために、ダウンリンクに着目して、使用中の無線システムのダウンリンク品質の低下を検知し、これを契機として、ダウンリンクの評価指標Ｆｄｌに基づき、切替先無線システムを選択する。
【００６９】
図９は、第２の実施形態に係る無線通信システムの動作を示すシーケンスチャートである。ここでは、評価指標Ｆｄｌの算出を行なう。まず、移動局装置の無線環境認識部１０５は、ダウンリンクのＢＷ、ダウンリンクのＤＬ１、ＤＬ２を測定する（図９：ステップＳ１１）。基地局装置の無線環境認識部１５は、ダウンリンクのＤＬ３を測定する（図９：ステップＳ１１）。基地局装置の無線環境認識部１５は、ダウンリンクのＤＬ３を、選択中の無線システムを介して移動局装置の無線環境認識部１０５に通知する（図９：ステップＳ１２）。通知の回数を削減する為に、ＤＬ３が閾値ＤＬ３ｔｈを超えた場合に通知することとしてもよい。
【００７０】
移動局装置の無線環境認識部１０５は、評価指標Ｆｄｌを算出する（図９：ステップＳ１３）。ＤＬ３を省略して、移動局装置側で測定できる情報のみを用いてもよい。
【００７１】
次に、ダウンリンク品質低下の検出を行なう。評価指標Ｆｄｌが、閾値Ｆｄｌｔｈ１を、下回ることを品質低下の判断基準とする（図９：ステップＳ１４）。閾値Ｆｄｌｔｈ１は、アプリケーションが要求するスループット、遅延時間の最悪値から算出する。過剰な品質低下の検出を回避するために、時間、閾値にヒステリシス制御を導入してもよい。
【００７２】
次に、切替先無線システムの選択を行なう。複数の無線システム毎に、評価指標Ｆｄｌを求めて、以下の選択基準に沿って切替先無線システムを決定する（図９：ステップＳ１５）。
【００７３】
（選択基準１）ｍａｘ（Ｆｄｌ）である無線システムを選択する。
（選択基準２）“閾値Ｆｄｌｔｈ１×補正係数Ｓ４”に最も近い評価指標Ｆｄｌを有する無線システムを選択する。これにより、過剰な品質の提供を避ける効果を得る。
（選択基準３）切替元無線システムの評価指標Ｆｄｌ以上の評価指標Ｆｄｌを有する無線システムを選択する。切替前後の評価指標Ｆｄｌの連続性を確保する効果を得る。複数の候補が存在する場合、ランダム選択、評価指標Ｆｄｌ最大、評価指標Ｆｄｌ最小等の基準を用いて、絞り込む。
【００７４】
ダウンリンク、アップリンクの関係を考慮する。すなわち、ダウンリンクで選択した無線システムを、アップリンクにも適用する。移動局装置の無線環境認識部１０５が、移動局装置のスイッチ、基地局装置の無線環境認識部１５あるいはスイッチに通知して切替を実施する（図９：ステップＳ１６）。
【００７５】
以上説明したように、第２の実施形態によれば、ユーザトラフィックが発生していない無線システムにおいても評価指標を算出することができると共に、ＴＣＰ特性に配慮する無線システムの切り替えを行なうことが可能となる。これにより、ＴＣＰ特性を確保しつつ、ヘテロジニアス制御を実現することが可能となる。さらに、無線システム毎にダウンリンクのみにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出するので、評価指標を算出する際の処理量を削減することが可能となる。
【００７６】
［第３の実施形態］
第３の実施形態は、第２の実施形態をアップリンクに着目する手法に変更する実施形態である。第２の実施形態の「アップリンク」を「ダウンリンク」に、「アップリンク」を「ダウンリンク」に、「基地局装置」を「移動局装置」に、「移動局装置」を「基地局装置」に読み替える。あるいは、基地局装置の無線環境認識部１５が、アップリンクのＢＷ、アップリンクのＤＬ１、ＤＬ２を移動局装置の無線環境認識部１０５に通知して、第２の実施形態と同様に判断を移動局装置側に任せてもよい。
【００７７】
第３の実施形態によれば、無線システム毎にアップリンクのみにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を算出するので、評価指標を算出する際の処理量を削減することが可能となる。
【００７８】
［第４の実施形態］
第４の実施形態では、第２の実施形態と第３の実施形態とを、アプリケーションの特徴に応じて使い分ける。ダウンリンクを重視するアプリケーションに第２の実施形態、アップリンクを重視するアプリケーションに第３の実施形態を適用する。
【００７９】
第４の実施形態によれば、移動局装置または前記基地局装置のいずれかで前記評価指標の算出を行なうかについて、アプリケーションの種類に応じて決定するので、ダウンリンクを重視するアプリケーションやアップリンクを重視するアプリケーションのそれぞれに応じて、最適な手法を選択することが可能となる。
【００８０】
［第５の実施形態］
第５の実施形態では、通信中の無線システムの品質低下の監視には、第２および第３の実施形態で示した評価指標Ｆｄｌまたは評価指標Ｆｕｌを用いる個別の監視を適用する。一方、品質低下検知時の切替先の無線システム択時には、第１の実施形態に示した双方向を考慮した評価指標Ｆを用いる選択基準を適用する。
【００８１】
第５の実施形態によれば、通信中の無線システムの品質が低下したかどうかを監視する場合は、アップリンクのみにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標またはダウンリンクのみにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を使用するので、評価指標を算出する際の処理量を削減することが可能となる。また、通信中の無線システムの品質が低下したことを認識し、無線システムの切替先を選択する場合は、アップリンクおよびダウンリンクにおける帯域幅遅延積に相当する評価指標を使用するので、ＴＰＣ特性を確保しつつ、ヘテロジニアス制御を最適に行なうことが可能となる。
【００８２】
［第６の実施形態］
第６の実施形態では、第１の実施形態の式１において、ＢＷ（ｔ）、ＤＬ（ｔ）に個別の重み付けをすることで、帯域幅重視の評価指標、遅延時間重視の評価指標を用いる。重み付け係数α、βを用いる式の例を、式１０に示す。この式１０に限らず、個別の重み付けを与えられれば可とする。α、βは、アプリケーションの特徴に応じて設定する。
【００８３】
評価指標Ｆ（ｔ）＝ＢＷ（ｔ）α×ＤＬ（ｔ）β・・・（式１０）
α：帯域幅に対する重み付け係数
β：遅延時間に対する重み付け係数
【００８４】
第１の実施形態の式９において、上り方向、下り方向に個別の重み付けをすることで、アップリンク重視、ダウンリンク重視の効果を加えても良い。重み付け係数ｆ（混雑度）を用いる式の例を、式１１に示す。同式のｆ２は、混雑度が高いリンクの指標が下がるように重み付けを行なっている。なお、本実施形態では、この式１１に限定されるわけではなく、個別の重み付けを与えることができるものであれば良い。
【００８５】
Ｆ（ｔ）＝（ダウンリンクＢＷ（ｔ）α×ダウンリンクＤＬ（ｔ）β）×ｆ２（ダウンリンク混雑度）＋（アップリンクＢＷ（ｔ）α×アップリンクＤＬ（ｔ）β）×ｆ２（アップリンク混雑度）・・・（式１１）
ｆ２（混雑度）＝１÷混雑度
【００８６】
第６の実施形態によれば、帯域幅遅延積に相当する評価指標を構成する帯域幅に相当する指標と遅延時間に相当する指標のうち、いずれか一方に重み付けを行なうので、帯域幅を重視したり、遅延時間を重視したりすることを柔軟に切り替えることが可能となる。また、上り方向または下り方向に個別の重み付けをすることによって、アップリンク重視またはダウンリンク重視の評価指標を用いることが可能となる。
【００８７】
［第７の実施形態］
第７の実施形態では、個別の無線システムが、ＢＤＰあるいはＢＤＰ相当の指標に基づく無線資源割当を行なわない場合について説明する。例えば、個別の無線システムでは、スループットが高い移動局装置が優先的に無線資源割当を受ける場合、式１の代わりに、式１２に示す指標を用いることも考えられる。この場合、ＤＬ（ｔ）が短い程、評価指標Ｆ（ｔ）が高い値を取ることから、例えば、スループット重視のＵＤＰ（User Datagram Protocol）を用いるアプリケーションに適用することができる。
【００８８】
評価指標Ｆ（ｔ）＝ＢＷ（ｔ）÷ＤＬ（ｔ）・・・（式１２）
ＢＷ（ｔ）＝帯域幅に相当する指標
ＤＬ（ｔ）＝遅延時間に相当する指標
【００８９】
第７の実施形態によれば、帯域幅遅延積に相当する評価指標は、遅延時間に相当する指標に反比例するので、個別の無線システムが、ＢＤＰまたはＢＤＰ相当の指標に基づく無線資源割り当てを行なわない場合にも本発明を適用することが可能となる。例えば、個別の無線システムにおいて、スループットが高い移動局装置が優先的に無線資源割り当てを受ける場合、本発明を適用することによって、スループット重視のＵＤＰ（User Datagram Protocol）を用いるアプリケーションに対応することが可能となる。
【符号の説明】
【００９０】
１０   基地局装置
１１  コア網側インタフェイス
１２  仮想ＭＡＣ処理部
１３  スイッチ
１４ａ  マクロセル無線モジュール
１４ｂ  マイクロセル無線モジュール
１４ｃ  ピコセル無線モジュール
１５  無線環境認識部
１６  センサ
１００  移動局装置
１０１  コア網側インタフェイス
１０２  仮想ＭＡＣ処理部
１０３  スイッチ
１０４ａ  マクロセル無線モジュール
１０４ｂ  マイクロセル無線モジュール
１０４ｃ  ピコセル無線モジュール
１０５  無線環境認識部
１０６  センサ
【図１】
2011019006.tif 000003
【図２】
2011019006.tif 000004
【図３】
2011019006.tif 000005
【図４】
2011019006.tif 000006
【図５】
2011019006.tif 000007
【図６】
2011019006.tif 000008
【図７】
2011019006.tif 000009
【図８】
2011019006.tif 000010
【図９】
2011019006.tif 000011