(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受信機で、複数の経路で同報伝送された信号を受信処理し、それぞれＩＰパケットに変換して出力し、
前記複数の受信機から前記ＩＰパケットを入力するレイヤ３ダイバシティ装置で、各ＩＰパケットが同一か否かを同定する送信元アドレスおよび識別子を照合し、同一のＩＰパケットの１つを選択して出力し、
前記レイヤ３ダイバシティ装置から出力されるＩＰパケットを複数の基地局に入力し、各基地局から無線端末に送信するパケット伝送装置のパケット伝送方法において、
前記パケット伝送装置は、複数の前記レイヤ３ダイバシティ装置と、パケット分配装置と、集約装置とを備え、
前記パケット分配装置は、前記複数のレイヤ３ダイバシティ装置のうち稼働中または稼働させるレイヤ３ダイバシティ装置の数Ｎを判断し、前記複数の受信機から出力されるＩＰパケットを入力し、その識別子をＮで除算した剰余を計算し、その剰余と稼働中または稼働させるレイヤ３ダイバシティ装置を対応させ、前記複数の受信機から入力するＩＰパケットの識別子に応じたレイヤ３ダイバシティ装置に分配する処理を行い、
前記集約装置は、前記複数のレイヤ３ダイバシティ装置から出力されるＩＰパケットを集約し、前記複数の基地局に転送する処理を行う
ことを特徴とするパケット伝送方法。
【請求項２】
請求項１に記載のパケット伝送方法において、
前記レイヤ３ダイバシティ装置は、稼働中であることを示す第１の特定信号を定期的に前記パケット分配装置に送信し、
前記パケット分配装置は、前記第１の特定信号を送信したレイヤ３ダイバシティ装置を稼働中と判断する
ことを特徴とするパケット伝送方法。
【請求項３】
請求項１に記載のパケット伝送方法において、
前記レイヤ３ダイバシティ装置は、処理負荷が閾値を超えた場合に第２の特定信号を前記パケット分配装置に送信し、
前記パケット分配装置は、前記第２の特定信号を送信したレイヤ３ダイバシティ装置を稼働中でないと判断する
ことを特徴とするパケット伝送装方法
【請求項４】
請求項１に記載のパケット伝送方法において、
前記パケット分配装置は、前記ＩＰパケットの入力数を判定し、当該入力数に応じて稼働させるレイヤ３ダイバシティ装置を決定し、対応する数のレイヤ３ダイバシティ装置を稼働させる
ことを特徴とするパケット伝送方法。
【請求項５】
複数の経路で同報伝送された信号を受信処理し、それぞれＩＰパケットに変換して出力する複数の受信機と、
前記複数の受信機から入力するＩＰパケットが同一か否かを同定する送信元アドレスおよび識別子を照合し、同一のＩＰパケットの１つを選択して出力するレイヤ３ダイバシティ装置と、
前記レイヤ３ダイバシティ装置から出力されるＩＰパケットを入力して無線端末に送信する複数の基地局と
を備えたパケット伝送装置において、
前記レイヤ３ダイバシティ装置を複数台備え、
前記複数のレイヤ３ダイバシティ装置のうち稼働中または稼働させるレイヤ３ダイバシティ装置の数Ｎを判断し、前記複数の受信機から出力されるＩＰパケットを入力し、その識別子をＮで除算した剰余を計算し、その剰余と稼働中または稼働させるレイヤ３ダイバシティ装置を対応させ、前記複数の受信機から入力するＩＰパケットの識別子に応じたレイヤ３ダイバシティ装置に分配するパケット分配装置を備え、
前記複数のレイヤ３ダイバシティ装置から出力されるＩＰパケットを集約し、前記複数の基地局に転送する集約装置を備えた
ことを特徴とするパケット伝送装置。
【請求項６】
請求項５に記載のパケット伝送装置において、
前記レイヤ３ダイバシティ装置は、稼働中であることを示す第１の特定信号を定期的に前記パケット分配装置に送信し、
前記パケット分配装置は、前記第１の特定信号を送信したレイヤ３ダイバシティ装置を稼働中と判断する
ことを特徴とするパケット伝送装置。
【請求項７】
請求項５に記載のパケット伝送装置において、
前記レイヤ３ダイバシティ装置は、処理負荷が閾値を超えた場合に第２の特定信号を前記パケット分配装置に送信し、
前記パケット分配装置は、前記第２の特定信号を送信したレイヤ３ダイバシティ装置を稼働中でないと判断する
ことを特徴とするパケット伝送装置。
【請求項８】
請求項５に記載のパケット伝送装置において、
前記パケット分配装置は、前記ＩＰパケットの入力数を判定し、当該入力数に応じて稼働させるレイヤ３ダイバシティ装置を決定し、対応する数のレイヤ３ダイバシティ装置を稼働させる
ことを特徴とするパケット伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鉄道向け衛星通信システムにおいて、レイヤ３ダイバシティ受信を行うパケット伝送方法およびパケット伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道向け公衆無線ＬＡＮサービスに対して、広帯域通信が可能である衛星通信の利用が検討されている。しかし、衛星通信には通信における高スループット化、欠落パケットの補間再生技術、信号波遮断対策などの課題が多く存在する。中でも、鉄道向け衛星通信では、進路上にトンネルや山、建物などの障害物が多く存在するため、信号波遮断が発生し易い。現在、移動体衛星通信の信号波遮断対策として、レイヤ３ダイバシティ技術とギャップフィラー方式を組み合わせた手法が提案されている。
【０００３】
レイヤ３ダイバシティ技術は、建物などの小さな障害物に対応する技術であり、例えば列車の先頭車両と最後尾車両に設置されたアンテナに接続された受信機で復調されたＩＰパケットを重複しないように選択し、通信品質の劣化を抑制する。すなわち、ＩＰヘッダの送信元アドレスと送信元ホストで一意に決められる識別子を判別し、複数のアンテナで受信するパケットのうち先に受信したパケットを出力し、重複するパケットを廃棄することにより、同一パケットの重複および欠落のない受信を可能にしている。このように、レイヤ３ダイバシティ技術は、ＩＰヘッダに含まれる情報でパケットを処理するため、下位レイヤが異なるネットワーク間での信号受信にも適用することができる。
【０００４】
ギャップフィラー方式は、トンネルなどの長距離の障害物に対する技術であり、トンネル外などの受信可能な場所で受信した衛星通信の信号を、衛星通信とは異なる無線方式（例えばＷｉＦｉ）で列車に再送中継することにより、トンネル内での受信を可能にしている。
【０００５】
図３は、従来の衛星通信システムの構成例を示す。本衛星通信システムは、レイヤ３ダイバシティ技術とギャップフィラー方式を組み合わせたものである。
【０００６】
図３において、インターネットに接続される衛星基地局４１から送信された信号は、通信衛星および衛星リンク４２を介して、車両３０に搭載された衛星通信用受信機３１に受信されるとともに、ギャップフィラー中継装置４３を介して、車両３０に搭載されたギャップフィラー用受信機３２に受信される。ここで、ギャップフィラー中継装置４３は、衛星信号を受信する衛星受信アンテナと、衛星通信とは異なる無線方式（例えばＷｉＦｉ）で再送中継する装置および送信アンテナから構成される。
【０００７】
列車３０には、衛星通信用受信機３１とギャップフィラー用受信機３２が備えられ、各受信機が１つのレイヤ３ダイバシティ装置（以下、「Ｌ３−ＤＩＶ」という）３３に接続される。ここでは、列車３０の先頭車両と最後尾車両にそれぞれ衛星通信用受信機３１が設置され、さらに先頭車両にギャップフィラー用受信機３２が設置され、合計３経路からの受信信号（ＩＰパケット）がＬ３−ＤＩＶ３３に入力する構成を示す。
【０００８】
ただし、図３は、先頭車両がトンネル内に入り、先頭車両の衛星通信用受信機３１が衛星信号を受信できない代わりに、ギャップフィラー用受信機３２で中継された衛星信号を受信し、合計２経路からのＩＰパケットがＬ３−ＤＩＶ３３に入力する状態を示す。なお、トンネル外では２台の衛星通信用受信機３１から合計２経路のＩＰパケットがＬ３−ＤＩＶ３３に入力し、例えばトンネルの入口付近などでは、２台の衛星通信用受信機３１とギャップフィラー用受信機３２から合計３経路のＩＰパケットがＬ３−ＤＩＶ３３に入力する場合もある。
【０００９】
Ｌ３−ＤＩＶ３３は、複数経路から入力するＩＰパケットをレイヤ３ダイバシティ処理し、先に受信したＩＰパケットを例えば車両ごとに設けられる複数の基地局（ＡＰ）３４に分配する。各基地局３４から送信されたＩＰパケットは、それぞれ車両内の無線端末３５に受信される。
【００１０】
なお、Ｌ３−ＤＩＶ３３では、ＩＰヘッダの送信元アドレスと識別子で選択処理を行うため、衛星系とギャップフィラー系の信号路切替時のパケット重複やパケットロスが発生せず、シームレスな受信が可能となる。また、車両内の無線端末３５においても重複したパケットを受信せずにすみ、設定やプロトコルの変更を加えることなく、インターネット接続サービスを利用することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】永瀬  他、「レイヤー３ダイバーシチ受信によるＫｕ帯移動体衛星通信のスループットの向上」、2003年電子情報通信学会ソサイエティ大会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図３に示す衛星通信システムのうち、列車３０に搭載される衛星通信用受信機３１、ギャップフィラー用受信機３２、Ｌ３−ＤＩＶ３３、基地局３４を「パケット伝送装置」という。
【００１３】
レイヤ３ダイバシティ技術とギャップフィラー方式を組み合わせるパケット伝送装置では、Ｌ３−ＤＩＶに複数経路からそれぞれ同一パケットが高い確率で入力するため、その度にパケット重複の判定処理が必要になり、処理するパケット量に比例して負荷が大きくなる。特に、図３のようにＬ３−ＤＩＶが全車両で１台搭載される場合には、その列車の全ユーザ宛のパケットが１台のＬ３−ＤＩＶに集中し、ユーザ数の増大に伴ってＬ３−ＤＩＶの処理負荷が増大する。
【００１４】
さらに、Ｌ３−ＤＩＶで処理するパケット量は、Ｌ３−ＤＩＶに接続される受信機の数にも比例する。図３に示す構成の場合、２台の衛星通信用受信機と１台のギャップフィラー用受信機の合計３台の受信機が接続される。この３台の受信機から３つの同一ＩＰパケットがＬ３−ＤＩＶに入力する確率は小さいが、列車が遮蔽物のない地点を走行中は、２台の衛星通信用受信機から２つの同一ＩＰパケットを入力することが多くなる。さらに、帯域を広げるために他の無線方式などに対応する受信機を備える場合には、より多数の同一ＩＰパケットを入力することになる。このように、Ｌ３−ＤＩＶは、入力するＩＰパケットの数だけ自身が持つリストと受信パケットとのマッチング処理が必要となるため、受信機の数が増えればＬ３−ＤＩＶの処理負荷が増大するのは必然である。
【００１５】
本発明は、複数のＬ３−ＤＩＶを用いて負荷を分散するとともに、ＩＰパケットを効率よく各Ｌ３−ＤＩＶに分配するためのパケット伝送方法およびパケット伝送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】
【００１６】
第１の発明は、複数の受信機で、複数の経路で同報伝送された信号を受信処理し、それぞれＩＰパケットに変換して出力し、複数の受信機からＩＰパケットを入力するレイヤ３ダイバシティ装置（Ｌ３−ＤＩＶ）で、各ＩＰパケットが同一か否かを同定する送信元アドレスおよび識別子を照合し、同一のＩＰパケットの１つを選択して出力し、Ｌ３−ＤＩＶから出力されるＩＰパケットを複数の基地局に入力し、各基地局から無線端末に送信するパケット伝送装置のパケット伝送方法において、パケット伝送装置は、複数のＬ３−ＤＩＶと、パケット分配装置と、集約装置とを備え、パケット分配装置は、複数のＬ３−ＤＩＶのうち稼働中または稼働させるＬ３−ＤＩＶの数Ｎを判断し、複数の受信機から出力されるＩＰパケットを入力し、その識別子をＮで除算した剰余を計算し、その剰余と稼働中または稼働させるＬ３−ＤＩＶを対応させ、複数の受信機から入力するＩＰパケットの識別子に応じたＬ３−ＤＩＶに分配する処理を行い、集約装置は、複数のＬ３−ＤＩＶから出力されるＩＰパケットを集約し、複数の基地局に転送する処理を行う。
【００１７】
第１の発明のパケット伝送方法において、Ｌ３−ＤＩＶは、稼働中であることを示す第１の特定信号を定期的にパケット分配装置に送信し、パケット分配装置は、第１の特定信号を送信したＬ３−ＤＩＶを稼働中と判断する。
【００１８】
第１の発明のパケット伝送方法において、Ｌ３−ＤＩＶは、処理負荷が閾値を超えた場合に第２の特定信号をパケット分配装置に送信し、パケット分配装置は、第２の特定信号を送信したＬ３−ＤＩＶを稼働中でないと判断する。
【００１９】
第１の発明のパケット伝送方法において、パケット分配装置は、ＩＰパケットの入力数を判定し、当該入力数に応じて稼働させるＬ３−ＤＩＶを決定し、対応する数のＬ３−ＤＩＶを稼働させる。
【００２０】
第２の発明は、複数の経路で同報伝送された信号を受信処理し、それぞれＩＰパケットに変換して出力する複数の受信機と、複数の受信機から入力するＩＰパケットが同一か否かを同定する送信元アドレスおよび識別子を照合し、同一のＩＰパケットの１つを選択して出力するレイヤ３ダイバシティ装置（Ｌ３−ＤＩＶ）と、Ｌ３−ＤＩＶから出力されるＩＰパケットを入力して無線端末に送信する複数の基地局とを備えたパケット伝送装置において、Ｌ３−ＤＩＶを複数台備え、複数のＬ３−ＤＩＶのうち稼働中または稼働させるＬ３−ＤＩＶの数Ｎを判断し、複数の受信機から出力されるＩＰパケットを入力し、その識別子をＮで除算した剰余を計算し、その剰余と稼働中または稼働させるＬ３−ＤＩＶを対応させ、複数の受信機から入力するＩＰパケットの識別子に応じたＬ３−ＤＩＶに分配するパケット分配装置を備え、複数のＬ３−ＤＩＶから出力されるＩＰパケットを集約し、複数の基地局に転送する集約装置を備える。
【００２１】
第２の発明のパケット伝送装置において、Ｌ３−ＤＩＶは、稼働中であることを示す第１の特定信号を定期的にパケット分配装置に送信し、パケット分配装置は、第１の特定信号を送信したＬ３−ＤＩＶを稼働中と判断する。
【００２２】
第２の発明のパケット伝送装置において、Ｌ３−ＤＩＶは、処理負荷が閾値を超えた場合に第２の特定信号をパケット分配装置に送信し、パケット分配装置は、第２の特定信号を送信したＬ３−ＤＩＶを稼働中でないと判断する。
【００２３】
第２の発明のパケット伝送装置において、パケット分配装置は、ＩＰパケットの入力数を判定し、当該入力数に応じて稼働させるＬ３−ＤＩＶを決定し、対応する数のＬ３−ＤＩＶを稼働させる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、パケット分配装置において、複数の経路から入力するＩＰパケットをその識別子に応じた複数のＬ３−ＤＩＶに分配し、ＩＰパケットの識別子ごとに特定のＬ３−ＤＩＶでＩＰパケットを分散処理するので、各Ｌ３−ＤＩＶにおける負荷を平均化することができる。
【００２５】
また、稼働中または稼働させるＬ３−ＤＩＶを判断し、さらに処理負荷が閾値を超えているＬ３−ＤＩＶを除外し、稼働中のＬ３−ＤＩＶの数Ｎに応じてＩＰパケットの分配先を決めることにより、動的にパケット分配処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のパケット伝送装置の実施例を示す構成図である。
【図２】パケット分配装置１０の処理手順例を示すフローチャートである。
【図３】従来の衛星通信システムの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、本発明のパケット伝送装置の実施例を示す。ここでは、図３に示す従来の衛星通信システムにおける車両搭載のパケット伝送装置と共通するものは同一符号を付す。
【００２８】
図１において、２台の衛星通信用受信機３１、ギャップフィラー用受信機３２、および複数の基地局（ＡＰ）３４は、従来構成と同様である。本実施例では、４台のＬ３−ＤＩＶ３３−１〜３３−４を備え、これら４台のＬ３−ＤＩＶと２台の衛星通信用受信機３１およびギャップフィラー用受信機３２との間にパケット分配装置１０を配置し、さらに４台のＬ３−ＤＩＶと複数の基地局３４との間に集約装置２０を配置した構成である。なお、衛星通信用受信機３１とギャップフィラー用受信機３２をそれぞれ１台ずつ備えた構成でもよいし、それぞれ２台ずつ備えた構成でもよいし、他の無線方式の受信機をパケット分配装置１０に接続する構成としてもよい。
【００２９】
本発明の特徴は、パケット分配装置１０において、２台の衛星通信用受信機３１およびギャップフィラー用受信機３２から入力するＩＰパケットをＬ３−ＤＩＶ３３−１〜３３−４に所定の論理に従って分配し、各Ｌ３−ＤＩＶにおける負荷を分散するところにある。各Ｌ３−ＤＩＶは、入力したＩＰパケットの送信元アドレスおよび識別子をもとに、過去に受信したＩＰパケットのものと比較し、最初に受信したＩＰパケットを出力し、同一のＩＰパケットを廃棄するが、これは従来と同様である。各Ｌ３−ＤＩＶから出力される重複しないＩＰパケットは、集約装置２０を介して複数の基地局３４に転送され、各基地局３４から無線端末３５に送信される。
【００３０】
以下、パケット分配装置１０が有する機能について説明する。
(1) 分配先のＬ３−ＤＩＶの特定方法
ＩＰパケットのＩＰヘッダに含まれる送信元アドレスと識別子の組み合わせは、パケットごとに固有のものである。Ｌ３−ＤＩＶは、この送信元アドレスと識別子の組み合わせをみて同一パケットか否かを判定している。この識別子は、送信元ホストで一意に決める値であるので、この値が違っていれば同一パケットである可能性はなくなる。一方、送信元アドレスが異なれば、識別子が同一のパケットも存在する。パケット分配装置１０ではこの識別子に着目し、識別子に応じて分配先のＬ３−ＤＩＶを決定する。
【００３１】
まず、パケット分配装置１０は、Ｌ３−ＤＩＶの稼働数Ｎを把握し、稼働中のＬ３−ＤＩＶに０〜Ｎ−１のＩＤを付与する。次に、ＩＰパケットの分配先となるＬ３−ＤＩＶのＩＤを以下の式で求める。
ＩＤ＝識別子 mod Ｎ      …(1) 
【００３２】
すなわち、分配先のＬ３−ＤＩＶは、ＩＰパケットのＩＰヘッダに含まれる識別子をＮで除算した剰余（０〜Ｎ−１）に対応するＩＤに決まる。よって、複数の受信機から入力する同一識別子をもつＩＰパケットは、Ｎ個のＬ３−ＤＩＶの中から必ず特定のＬ３−ＤＩＶに分配される。しかも、各ＩＰパケットは、識別子に応じて各Ｌ３−ＤＩＶに平等に分配される。
【００３３】
(2) Ｌ３−ＤＩＶの稼働数Ｎの算出方法
各Ｌ３−ＤＩＶは、それぞれのＭＡＣアドレスを含む Helloフレームを定期的にパケット分配装置１０に通知する。パケット分配装置１０は、受信した Helloフレームをもとに、Ｌ３−ＤＩＶの稼働数Ｎを決定し、上記の式に従って分配先のＬ３−ＤＩＶのＩＤを決定する。さらに、パケット分配装置１０は、一定期間内にＬ３−ＤＩＶから Helloフレームを受信できなければ、そのＬ３−ＤＩＶが管理対象から外す。そして、残ったＬ３−ＤＩＶ内で分配先のＩＤを振り直し、動的パケット分配処理を継続する。
【００３４】
(3) 分配先のＬ３−ＤＩＶの負荷分散方法
上記のパケット分配処理では、識別子をＮで除算した剰余が特定の値に偏ることがあれば、特定のＬ３−ＤＩＶにＩＰパケットが偏ることになる。そこで、Ｌ３−ＤＩＶは、一定時間内に受信したパケット数が一定数を超えると、高負荷状況を伝える状態通知フレームをパケット分配装置１０に送信する。この状態通知フレームを受信したパケット分配装置１０は、そのＬ３−ＤＩＶを一時的に管理対象から外し、そのＬ３−ＤＩＶに対してそれ以上のパケットを分配しないようにする。そして、 Helloフレームが途切れたときと同様に、残ったＬ３−ＤＩＶ内で分配先のＩＤを振り直し、動的パケット分配処理を継続する。
【００３５】
(4) 動的電力制御
図１に示す構成では、最大４台のＬ３−ＤＩＶを稼働させる構成であるが、受信するパケット数が少ない場合に、全てのＬ３−ＤＩＶを常に稼働させると消費電力の無駄になる。そこで、パケット分配装置１０は、一定時間当たりのパケット数を測定し、そのパケット数に応じた最適な数のＬ３−ＤＩＶのみを、ＷｏＬ(Wake ON LAN) 機能を利用して電源ＯＮとさせる機能を備える。
【００３６】
図２は、パケット分配装置１０の処理手順例を示す。
図２において、パケット分配装置１０は、一定期間内に Helloフレームを受信し、かつ状態通知フレームを受信していないＬ３−ＤＩＶを稼働中と判断し（Ｓ１）、Ｌ３−ＤＩＶの稼働数Ｎを取得する（Ｓ２）。次に、稼働中のＬ３−ＤＩＶに０〜Ｎ−１のＩＤを割り当てる（Ｓ３）。次に、(1) 式により、ＩＰパケットの識別子をＮで除算した剰余と分配先のＬ３−ＤＩＶのＩＤを対応づける（Ｓ４）。以降、パケット分配装置１０は、ＩＰパケットの識別子に対応するＩＤが付与されたＬ３−ＤＩＶにＩＰパケットを分配する。
【００３７】
なお、 (1)式では、ＩＰパターンの分配先のＬ３−ＤＩＶを決めるために、ＩＰパケットの識別子（例えばシーケンス番号）の情報を用いたが、これはパケット分配装置１０に到着するＩＰパケットの識別子の値がその順番に対してある程度のランダム性を有していることが期待できるためである。したがって、 (1)式の識別子の代わりに、ＩＰパケットの送信元ＩＰアドレス、または送信先ＩＰアドレス、またはペイロードの情報（ＩＰパケットのＩＰヘッダを除く部分の１ビット以上のビット列）を使うことも有効である。また、その組み合わせも可能であり、例えば
(a) 送信元ＩＰアドレス  ＸＯＲ  送信先ＩＰアドレス
(b) 送信元ＩＰアドレス  ＸＯＲ  送信先ＩＰアドレス  ＸＯＲ  識別子
(c) 送信元ＩＰアドレス  ＸＯＲ  送信先ＩＰアドレス  ＸＯＲ  ペイロード
を用いても構わない。ここで、Ａ  ＸＯＲ  Ｂは、ＡとＢのビット単位における排他的論理和を示す。なお、ＡとＢのビット数が異なる場合は、少ない方のビット数に合せる。
【符号の説明】
【００３８】
１０  パケット分配装置
２０  集約装置
３１  衛星通信用受信機
３２  ギャップフィラー用受信機
３３  レイヤ３ダイバシティ装置（Ｌ３−ＤＩＶ）
３４  基地局（ＡＰ）
３５  無線端末
４１  衛星基地局
４２  衛星リンク
４３  ギャップフィラー用中継装置
【図１】
0005648861.tif 000002
【図２】
0005648861.tif 000003
【図３】
0005648861.tif 000004