(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種類の無線通信方式のうち、少なくとも一つを選択して無線通信を行なう異種無線通信システムに適用される無線通信装置であって、
相互に異なる無線通信方式で無線通信を行なうと共に、状態情報間優先度およびネットワーク状況の対応情報を取得する複数の無線モジュールと、
前記取得した状態情報間優先度およびネットワーク状況の対応情報に基づいて、状態情報間のウェイトおよび無線通信方式のウェイトを算出し、状態情報毎の無線通信方式のウェイトを算出し、無線通信方式のスコアを算出し、スコアの降順に優先度を決定し、最高優先度の無線通信方式に対応する無線モジュールを選択するアクセス選択部と、を備え、
前記選択された無線モジュールで無線送信を行なうことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
無線通信方式に変更があった場合に、通信相手先に対して、変更通知を送信することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記アクセス選択部は、混雑度閾値を用いて通信状態の混雑度を判定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記アクセス選択部は、アプリケーションの種類に応じて、前記混雑度閾値を変更し、または前記複数の状態情報間優先度を変更することを特徴とする請求項３記載の無線通信装置。
【請求項５】
複数種類の無線通信方式のうち、少なくとも一つを選択して無線通信を行なう異種無線通信システムに適用される無線通信装置の制御プログラムであって、
複数の無線モジュールを用いて相互に異なる無線通信方式で無線通信を行なう処理と、
前記各無線モジュールにおいて、状態情報間優先度およびネットワーク状況の対応情報を取得する処理と、
前記取得した状態情報間優先度およびネットワーク状況の対応情報に基づいて、状態情報間のウェイトおよび無線通信方式のウェイトを算出し、状態情報毎の無線通信方式のウェイトを算出し、無線通信方式のスコアを算出し、スコアの降順に優先度を決定し、最高優先度の無線通信方式に対応する無線モジュールを選択する処理と、
前記選択された無線モジュールで無線送信を行なう処理と、の一連の処理を、コンピュータに実行させることを特徴とする無線通信装置の制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の無線アクセスに対応したマルチモード端末に対して、端末の要望とネットワークの負荷分散を両立させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、異種無線システムに対応したマルチモード端末の活用法として、最適な無線リンクを常に選択するリンク切替、複数の無線リンクを多重させるリンク多重の２種類がある。従来、無線資源が豊富に存在する状況を想定して、リンク切替に焦点を当てた検討が行なわれてきた。しかしながら、輻輳時など、無線資源が逼迫する場合には１リンクで所望の品質を確保することが困難である。そこで、複数無線システムの残無線資源を束ねて、所望の品質を提供するリンク多重が必要となる。
【０００３】
これについて、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、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、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。これにより、複数の無線アクセスに対応したマルチアクセス端末に対する制御法の検討が進められている。
【０００４】
また、非特許文献１は、受信１ビット当たりの消費電力量が最小となるアクセス方式を選択する方式が提案されている。これにより、省電力性が高いアクセス方式を選択することができ、従来のシングルアクセス端末よりも通信品質を改善できる。また、非特許文献２は、ＡＨＰ（階層分析法）を用いて、帯域、遅延等のパラメータから、複数のアクセス方式を採点して、最高得点のアクセス方式を切り替えて用いる方式が提案されている。これにより、複数の品質のバランスを見てアクセス方式を選択することができ、従来のシングルアクセス端末よりも通信品質を改善することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−８５７５９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】２００９年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会Ｂ-１７-２２「マルチモード端末における無線方式の省電力選択手法」、菅野他
【非特許文献２】Telecommunications, 2007. ITST '07. 7th International Conference on ITS ,「An Application-Oriented Cooperative Vertical Handoff Decision Method forMulti-interface Mobile Terminals」、Shi Yan 他
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、端末の都合のみでアクセス方式が選択された場合、ネットワークの立場からは不都合が生じる。例えば、端末がホットスポットを優先する選択ポリシーを適用した場合には、特定のアクセス方式にアクセスが集中する、という不具合が生じる。また、複数の端末が、空いているアクセス方式に一斉に移動する状況が発生した場合、混雑状態がアクセス方式間を行き来する状況が生じ、アクセス方式の切り替えが頻発し、アクセス方式の選択が安定しない、という不具合が生じる。また、端末が特定のアクセス方式を優先する選択ポリシーを適用した場合、他アクセス方式が空いているにもかかわらず、端末
が集中し、閑散なアクセス方式が選ばれない不具合が生じ得る。これらの状況が生じる原因として、ネットワークの状況にかかわらず、アクセス方式選択ポリシーが一定であることが考えられる。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ネットワーク状況に応じて、端末が備えるアクセス方式選択ポリシーを変更することができる無線通信装置およびその制御プログラム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】
【０００９】
（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、本発明の無線通信装置は、複数種類の無線通信方式のうち、少なくとも一つを選択して無線通信を行なう異種無線通信システムに適用される無線通信装置であって、相互に異なる無線通信方式で無線通信を行なうと共に、通信状態を示す複数種類の情報を取得する複数の無線モジュールと、前記取得した複数種類の情報にそれぞれ異なる優先度を定めた複数の状態情報間優先度に基づいて、少なくとも一つの前記無線モジュールを選択するアクセス選択部と、を備え、前記選択された無線モジュールで無線送信を行なうことを特徴とする。
【００１０】
このように、複数種類の情報にそれぞれ異なる優先度を定めた複数の状態情報間優先度に基づいて、少なくとも一つの前記無線モジュールを選択するので、無線通信装置の通信品質とネットワーク収容力とのバランスを保つことが可能となる。
【００１１】
（２）また、本発明の無線通信装置において、無線通信方式に変更があった場合に、通信相手先に対して、変更通知を送信することを特徴とする。
【００１２】
このように、無線通信方式に変更があった場合に、通信相手先に対して、変更通知を送信するので、無線通信方式の切り替えを円滑に行なうことが可能となる。
【００１３】
（３）また、本発明の無線通信装置において、前記アクセス選択部は、混雑度閾値を用いて通信状態の混雑度を判定することを特徴とする。
【００１４】
このように、混雑度閾値を用いて通信状態の混雑度を判定することによって、ネットワーク状態の変化を検出することが可能となる。
【００１５】
（４）また、本発明の無線通信装置において、前記アクセス選択部は、アプリケーションの種類に応じて、前記混雑度閾値を変更し、または前記複数の状態情報間優先度を変更することを特徴とする。
【００１６】
このように、アプリケーションの種類に応じて、前記混雑度閾値を変更し、または前記複数の状態情報間優先度を変更するので、アプリケーションの種類に応じた無線通信方式の選択を行なうことが可能となる。
【００１７】
（５）また、本発明の制御プログラムは、複数種類の無線通信方式のうち、少なくとも一つを選択して無線通信を行なう異種無線通信システムに適用される無線通信装置の制御プログラムであって、複数の無線モジュールを用いて相互に異なる無線通信方式で無線通信を行なう処理と、前記各無線モジュールにおいて、通信状態を示す複数種類の情報を取得する処理と、前記取得した複数種類の情報にそれぞれ異なる優先度を定めた複数の状態情報間優先度に基づいて、少なくとも一つの前記無線モジュールを選択する処理と、前記選択された無線モジュールで無線送信を行なう処理と、の一連の処理を、コンピュータに読み取り可能および実行可能にコマンド化したことを特徴とする。
【００１８】
このように、複数種類の情報にそれぞれ異なる優先度を定めた複数の状態情報間優先度に基づいて、少なくとも一つの前記無線モジュールを選択するので、無線通信装置の通信品質とネットワーク収容力とのバランスを保つことが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、ネットワーク状況に応じて、アクセス方式選択ポリシーを変更し、ネットワークが端末のアクセス方式を決定することで、端末個々の通信品質とネットワーク収容力のバランスを保つ効果を持つ。また、端末が自律的に分散することにより負荷分散が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るネットワーク構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の端末１の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の上位ゲートウェイ４の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るアクセス方式選択機能１０５において、アクセス方式選択方法として、ＡＨＰ（Analytic Hierarchy Process）を利用する例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るアクセス方式選択機能１０５において、アクセス方式選択方法として、ＡＨＰ（Analytic Hierarchy Process）を利用する例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る端末１とＮＷの両方の視点に立った合同一対比較行列を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る制御フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜第１の実施形態＞
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。図１は、本発明に係るネットワーク構成を示すブロック図である。本発明に係るネットワークは、端末１、アクセス方式別の基地局２、アクセス方式別ゲートウェイ３、複数のアクセス方式を束ねる上位ゲートウェイ４、外部ネットワーク（インターネット網）５、アプリケーションサーバ６から構成される。基地局２、アクセス方式別ゲートウェイ３は、マクロセルアクセス方式、マイクロセルアクセス方式、ピコセルアクセス方式毎に存在する。
【００２２】
図２は、本発明の端末１の構成を示すブロック図である。端末１は、アクセス方式別の無線機（無線モジュール）１０１、パケットスイッチ１０３、アクセス方式選択機能（アクセス選択部）１０５、上位レイヤ機能１０７により構成される。無線機１０１は、無線の送受信を行なう機能、状態情報（混雑度などの無線状態、遅延などの通信状態）を取得する機能を備える。パケットスイッチ１０３は、アクセス方式選択機能１０５が選択したアクセス方式の無線機１０１へ、上り送信パケット（端末１→基地局２）を転送すると共に、下り方向（基地局２→端末１）の受信パケットを上位レイヤ機能１０７へ転送する。アクセス方式選択機能１０５は、無線機１０１から状態情報を取得して、これに基づきアクセス方式を選択する。さらに、選択結果を無線変更通知として上位ゲートウェイ４のパケットスイッチ４０１に通知する。上位レイヤ機能１０７は、ネットワーク層、トランスポート層、アプリケーション層等の機能を持つ。
【００２３】
図３は、本発明の上位ゲートウェイ４の構成を示すブロック図である。外部ネットワーク５とアクセス方式別ゲートウェイ３の間には、パケットスイッチ４０１がある。パケットスイッチ４０１は、外部ネットワーク５とアクセス方式別ゲートウェイ３間のパケットルーティングを行なう。下り送信パケット（基地局２→端末１）を、アクセス方式選択機能１０５から無線変更通知により通知されたアクセス方式に該当するアクセス方式別ゲートウェイ３に転送し、上り送信パケットを適切な宛先に転送する。また、無線変更通知の応答をパケットスイッチ１０３宛てに送信する。
【００２４】
図４、図５は、本発明の第１の実施形態に係るアクセス方式選択機能１０５において、アクセス方式選択方法として、ＡＨＰ（Analytic Hierarchy Process）を利用する例を示す図である。ＡＨＰでは、状態情報の一対比較行列を設定して（図４のステップＳ１、Ｓ２）、状態情報間のウェイトを求める（図４のステップＳ３）。さらに、状態情報の更新毎に、アクセス方式のウェイトを状態情報毎に求める（図５のステップＳ４）。それらのベクトルの積和演算により、アクセス方式のスコアを算出して、降順に優先度を決めて、最高優先度のアクセス方式を選択する（図５のステップＳ５）
【００２５】
従来技術では、状態情報間優先度（図４のステップＳ１）として常に一定の関係を用いていた。例えば、図４のステップＳ１の第１のネットワーク状態の例である。本実施形態では、これをネットワーク状況に応じて更新する。図４のステップＳ１における第２のネットワーク状態のように、端末１は、第１のネットワーク状態と異なる状態情報間優先度を用意しておき、ネットワーク状況に応じて使い分けることができる。
【００２６】
図４では、２種類の状態情報間優先度に対してウェイトを求めた結果、ステップＳ３では異なるウェイトが得られている。図５では、２種類のウェイトをステップＳ５に適応した結果、異なる優先度が得られている。第１のネットワーク状態の場合、ＷｉＦｉ＞ＬＴＥ＞ＷｉＭＡＸであり、第２のネットワーク状態の場合、ＬＴＥ＞ＷｉＦｉ＞ＷｉＭＡＸであり、異なる結果が得られている。
【００２７】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る端末１とＮＷの両方の視点に立った合同一対比較行列を示す図である。上述とは別の例として図６では、２種類の状態情報間優先度を用意し、各々から求めた一対比較行列を用意する。一方を端末１の視点に立った端末一対比較行列と称して、他方をネットワークの立場に立ったＮＷ一対比較行列と称する。端末一対比較行列は、端末１の通信品質を重視すべく値が設定された行列である。具体的には、期待伝送レート、１／遅延、等のパラメータの比重を高めた行列である。一方、ＮＷ一対比較行列は、収容能力を重視するべく値が設定された行列である。具体的には、混雑度、ＣＩＮＲ等のパラメータの比重を高めた行列である。低ＣＩＮＲのアクセス方式を選択しないことで、無線リソースの消費が多いセルフリンジの利用を避ける。両行列の幾何平均行列を求めて、両行列のリクエストを加味した合同一対比較行列を求める。この合同一対比較行列から、ウェイトを求めてもよい。図４に示した第１のネットワーク状態の一対比較行列を端末一対比較行列、第２のネットワーク状態の一対比較行列をＮＷ一対比較行列として参照する。両者から求めたウェイトでは、スループット０．１８、遅延０．５２、混雑度０．３となり、端末１、ＮＷの双方の要望の折衷案が示されている。ネットワークの状況に応じて、複数のＮＷ一対比較行列を用意しておき、その都度、幾何平均を行なってもよいし、合同一対比較行列を直接的に更新してもよい。
【００２８】
ネットワーク状態の変化の検出として、混雑度閾値を用いてもよい。端末１がＭ個のアクセス方式を使用可能である場合（M個のアクセス方式の圏内に位置する場合）、Ｍ-Ｎ個のアクセス方式が混雑状態と判断された際に、ネットワーク状態が変化したとみなす。１アクセス方式が混雑状態に陥った程度の状況は、本実施形態を用いずとも対処可能である。複数のアクセス方式が同時に混雑状態に陥った際に、本実施形態に係る方法を適用することで、混雑状態についてより早く対処することができる。混雑度閾値は、アクセス方式毎、基地局２毎に異なる値を設定してもよい。混雑度とは、セル／セクタ単位のリソース使用率（ダウンリンク、アップリンク）、物理リソースブロック（PRB）使用率、スロット使用率、時間占有率、セル／セクタ内の端末数（送信用データがバッファに滞留している端末数）、通信可能な状態（active状態）にある端末数（idle、sleep 状態を除く数、短縮識別子を割り当てている端末数、associationしている端末数）、セルセクタ単位の送受信データの総量（無線側の送信データ量、受信データ量の総量、有線側の送信データ量、受信データ量の総量）等を用いてもよい。
【００２９】
図７は、本発明の第１の実施形態に係る制御フローチャートである。アクセス方式選択機能１０５は、状態情報間優先度とネットワーク状況の対応情報を、上位ゲートウェイ４から受信して、保持する（ステップＳ１０１）。アクセス方式選択機能１０５は定期あるいは不定期に状態情報を観測する（ステップＳ１０２）。アクセス方式選択機能１０５は、状態情報とステップＳ１０１で得た対応情報を比較して、状態情報のウェイトを求める（ステップＳ１０３）。これは、一対比較行列自体を切り替えてウェイトを求めてもよく、複数の一対比較行列から合同一対比較行列を求めてからウェイトを求めてもよく、直接にウェイトを指定してもよい。アクセス方式選択機能１０５は、優先度１位として選ばれたアクセス方式が変化した場合、無線変更通知として、新しいアクセス方式のＩＤを上位ゲートウェイ４のパケットスイッチ４０１に通知する（ステップＳ１０４）。パケットスイッチ４０１は、応答をパケットスイッチ１０３宛てに送信する（ステップＳ１０５）。パケットスイッチ１０３、パケットスイッチ４０１は各々、上り送信パケット、下り送信パケットの転送先を、アクセス方式選択機能１０５が選択したアクセス方式の無線機１０１、アクセス方式別ゲートウェイ３に転送し始める（ステップＳ１０６）。
【００３０】
ステップＳ１０４〜Ｓ１０６に関して、派生する手順が存在する。例えば、端末１が複数のアクセス方式を常に接続状態にしておき、端末１と上位ゲートウェイの４間のコネクションが存在する場合、上記ステップＳ１０５を省略してもよい。
【００３１】
＜第２の実施形態＞
第１の実施形態の派生的な適用例を以下に示す。第１の実施形態を下り方向用、上り方向用に個別に適用して、方向毎に状態情報間の重み付けを変更するアクセス方式選択方法でもよい。また、第１の実施形態を下り方向あるいは上り方向の一方向に適用して、状態情報の重み付けを変更した結果を、残りの他方向に適用するアクセス方式選択方法でもよい。この場合、上り方向、下り方向の扱いの差異から、第１の実施形態の適用例を次の３種類に整理できる。（１）上下対称（下り方向主導）の場合、下り方向の状態情報を用いて、下り方向のアクセス方式を選択したのちに、上り方向にも同じアクセス方式を選択する。（２）上下対称（上り方向主導）の場合、上り方向の状態情報を用いて、上り方向のアクセス方式を選択したのちに、下り方向にも同じアクセス方式を選択する。（３）上下非対称（上り、下り個別）の場合、下り方向の状態情報を用いて、下り方向のアクセス方式を選択し、上り方向の状態情報を用いて、上り方向のアクセス方式を選択する。例えば、ネットワークからストリーミング視聴を行なう場合には（１）、ネットワークへ実況中継を行なう場合には（２）、インタラクティブな通信を行なう場合には（３）等の使い分けができる。また、アプリケーションの種類に応じて、第１の実施形態のネットワーク状況の変化を検出する閾値を変更したり、アプリケーションの種類に応じて、個別に第１の実施形態を適用して状態情報の重み付けを変更するアクセス方式選択方法でもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１  端末
２  基地局
３  アクセス方式別ゲートウェイ
４  上位ゲートウェイ
５  外部ネットワーク
６  アプリケーションサーバ
１０１  無線機
１０３  パケットスイッチ
１０５  アクセス方式選択機能
１０７  上位レイヤ機能
４０１  パケットスイッチ
【図１】
0005656615.tif 000002
【図２】
0005656615.tif 000003
【図３】
0005656615.tif 000004
【図４】
0005656615.tif 000005
【図５】
0005656615.tif 000006
【図６】
0005656615.tif 000007
【図７】
0005656615.tif 000008