(57)【要約】【課題】ハンドオフトリガの判断を行うためのサービスの品質（ＱｏＳ）の推定方法を提供する。【解決手段】複数のアクセスポイントから各アクセスルータにつき少なくとも第１の測定用パケットおよび第２の測定用パケットが生成される。第１の測定用パケットおよび第２の測定用パケットは、アクセスルータから複数のルータを持つ固定コアネットワークを介して通信先アクセスルータに送信され、送信元のアクセスルータに戻る。少なくとも１つのコレクタパケットが生成、送信され、第１の測定用パケットおよび第２の測定用パケットを追跡し、第１の測定用パケットおよび第２の測定用パケットがルータを出発した後でルータから少なくとも１つのＱｏＳパラメータを収集する。次にＱｏＳパラメータはアクセスルータでハンドオフトリガの判断を行うために処理される。【選択図】　　　図１０
2004032668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＰネットワークにおいてサービスの品質（ＱｏＳ）を推定する方法であって、
少なくとも１つのアクセスルータにおいて、少なくとも２つの測定用パケットを生成するステップと、
前記少なくとも１つのアクセスルータから、複数のルータを持つ固定コアネットワークを介して通信先アクセスルータへ、後に送信元である前記少なくとも１つのアクセスルータの１つに戻ってくる前記少なくとも２つの測定用パケットを送信するステップと、
前記少なくとも２つの測定用パケットが既に通過した前記複数のルータの各々からＱｏＳパラメータを収集するために、前記少なくとも２つの測定用パケットを追跡する、少なくとも１つのコレクタパケットを送信するステップと、
前記少なくとも１つのアクセスルータにおけるＱｏＳのレベルを決定するために、前記少なくとも１つのアクセスルータの各々につき前記ＱｏＳパラメータを処理するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つのコレクタパケットは、前記少なくとも２つの測定用パケットが前記少なくとも１つのアクセスルータから前記通信先アクセスルータへ移動する間に、前記少なくとも２つの測定用パケットが通過したルータの各々から前記ＱｏＳパラメータを収集するための順方向コレクタパケットを含むこと
を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つのコレクタパケットは、前記少なくとも２つの測定用パケットが前記通信先アクセスルータから送信元である前記少なくとも１つのアクセスルータの１つへ移動する間に、前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々から、前記ＱｏＳパラメータを収集するための逆方向コレクタパケットを含むこと
を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々において、前記少なくとも２つの測定用パケットにより測定されるキューイング遅延を記録するステップをさらに備えること
を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々において、前記少なくとも２つの測定用パケットの各々の伝送時刻を記録するステップをさらに備えること
を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ＱｏＳパラメータは、前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々において前記少なくとも２つの測定用パケットにより測定されるキューイング遅延の累積値を含むこと
を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ＱｏＳパラメータは、前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々における前記少なくとも２つの測定用パケットの各々の伝送時刻を含むこと
を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ＱｏＳパラメータは、前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々において前記少なくとも２つの測定用パケットにより測定される現在のキューイング遅延の累積値を含むこと
を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも２つの測定用パケットは、音声トラフィックのパケットと同様の特性を有するように形成されること
を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＱｏＳパラメータは片道パケット遅延の推定に使用されること
を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ＱｏＳパラメータは利用可能帯域幅の推定に使用されること
を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ＱｏＳパラメータはパケットジッタの推定に使用されること
を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのアクセスルータのうちのあるアクセスルータから送信された少なくとも２つの測定用パケットが既に通過した前記複数のルータの各々について、前記少なくとも１つのアクセスルータのうちの他のアクセスルータから送信されたコレクタパケットによるＱｏＳパラメータの収集を回避するステップをさらに備えること
を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
ＩＰネットワークにおけるＱｏＳを推定する方法であって、
複数の候補アクセスルータの各々から通信先アクセスルータへ、複数のルータを有する固定コアネットワークを介して、少なくとも２つの測定用パケットを送信するステップと、
前記固定コアネットワークを介して前記通信先アクセスルータまで前記少なくとも２つの測定用パケットを追跡し、かつ前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々から第１のパラメータ群を収集する、順方向コレクタパケットを送信するステップと、
前記少なくとも２つの測定用パケットおよび前記順方向コレクタパケットを、前記通信先アクセスルータから送信元である前記複数の候補アクセスルータの１つに返信するステップと、
前記通信先アクセスルータから前記固定コアネットワークを介して送信元である前記複数の候補アクセスルータの１つまで前記少なくとも２つの測定用パケットを追跡し、かつ前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々から第２のパラメータ群を収集する、逆方向コレクタパケットを送信するステップと、
前記複数の候補アクセスルータにおけるＱｏＳのレベルを決定するために前記順方向コレクタパケットおよび前記逆方向コレクタパケットが収集した、前記第１のパラメータ群および前記第２のパラメータ群を処理するステップ
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々において、前記少なくとも２つの測定用パケットにより測定されるキューイング遅延を記録するステップをさらに備えること
を特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々において、前記少なくとも２つの測定用パケットの伝送時刻を記録するステップをさらに備えること
を特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のパラメータ群および第２のパラメータ群は、前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々において前記少なくとも２つの測定用パケットにより測定されるキューイング遅延の累積値を含むこと
を特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のパラメータ群および前記第２のパラメータ群は、前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々における前記少なくとも２つの測定用パケットの各々の伝送時刻を含むこと
を特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１のパラメータ群および前記第２のパラメータ群は、前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々における現在のキューイング遅延の累積値を含むこと
を特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも２つの測定用パケットの各々は、音声トラフィックパケットと同様の特性を有すること
を特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１のパラメータ群および前記第２のパラメータ群は、片道パケット遅延の推定に使用されること
を特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１のパラメータ群および前記第２のパラメータ群は、利用可能帯域幅の推定に使用されること
を特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１のパラメータ群および前記第２のパラメータ群は、パケットジッタの推定に使用されること
を特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも１つのアクセスルータのうちのあるアクセスルータから送信された少なくとも２つの測定用パケットが既に通過した前記複数のルータの各々について、前記少なくとも１つのアクセスルータのうちの他のアクセスルータから送信されたコレクタパケットによる前記第１のパラメータ群の収集を回避するステップをさらに備えること
を特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
前記少なくとも１つのアクセスルータのうちのあるアクセスルータから送信された少なくとも２つの測定用パケットが既に通過した前記複数のルータの各々について、前記少なくとも１つのアクセスルータのうちの他のアクセスルータから送信されたコレクタパケットによる前記第２のパラメータ群の収集を回避するステップをさらに備えること
を特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２６】
無線ＩＰネットワークにおいてリモート端末に対するハンドオフトリガの判断を行うためのＱｏＳ推定の方法であって、
複数の候補アクセスルータの各々において、少なくとも２つの測定用パケットを生成するステップと、
前記複数の候補アクセスルータの各々から通信先アクセスルータへ、複数のルータを有する固定コアネットワークを介して、後に送信元である前記複数の候補アクセスルータの１つに戻ってくる前記少なくとも２つの測定用パケットを送信するステップと、
前記少なくとも２つの測定用パケットが前記複数のアクセスのルータの各々から送出された後で、前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々からＱｏＳパラメータを収集するために、前記少なくとも２つの測定用パケットを追跡するための少なくとも１つのコレクタパケットを送信するステップと、
前記ハンドオフトリガの判断を行うために、前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数の候補アクセスルータの各々において前記ＱｏＳパラメータを処理するステップと、
を備える方法。
【請求項２７】
前記ハンドオフトリガの判断を行う際、前記複数の候補アクセスルータの各々から前記リモート端末までの各経路に関する、少なくとも１つのレイヤ２のＱｏＳパラメータを考慮するステップをさらに備えること
を特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記ハンドオフトリガの判断を行う際、前記複数の候補アクセスルータのうち、無線ホップの信号強度が所定の閾値より低いものをハンドオフ先アクセスポイントの候補から除くステップをさらに備えること
を特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記レイヤ２のＱｏＳパラメータは、ビット誤り率（ＢＥＲ）、フレーム誤り率（ＦＥＲ）、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）、キャリア対干渉比（Ｃ／Ｉ）、受信される無線信号強度、ビット／秒でのスループット（平均、最大、最小）、ビット／秒でのグッドプット（平均、最大、最小）、フレーム損失率、フレームレイテンシ、およびフレームレイテンシ変化、から構成されるパラメータ群から選択されること
を特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記少なくとも１つのコレクタパケットは、前記少なくとも２つの測定用パケットが前記複数の候補アクセスルータの１つから前記通信先アクセスルータまで移動する間に、前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々から前記ＱｏＳパラメータを収集するための、順方向コレクタパケットを含むこと
を特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記少なくとも１つのコレクタパケットは、前記少なくとも２つの測定用パケットが前記通信先アクセスルータから送信元である前記複数の候補アクセスルータの１つまで移動する間に、前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々から前記ＱｏＳパラメータを収集するための逆方向コレクタパケットを含むこと
を特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々において、前記少なくとも２つの測定用パケットの各々により測定されるキューイング遅延を記録するステップをさらに備えること
を特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々において、前記少なくとも２つの測定用パケットの各々の伝送時間を記録するステップをさらに備えること
を特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３４】
前記ＱｏＳパラメータは、前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々において前記少なくとも２つの測定用パケットにより測定されるキューイング遅延の累積値を含むこと
を特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３５】
前記ＱｏＳパラメータは、前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々における前記複数の少なくとも２つの測定用パケットの各々の伝送時刻を含むこと
を特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３６】
前記ＱｏＳパラメータは、前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々における前記少なくとも２つの測定用パケットにより測定されるキューイング遅延の累積値であること
を特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３７】
前記少なくとも２つの測定用パケットは音声トラフィックパケットと同様の特性を有するよう形成されること
を特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３８】
前記ＱｏＳパラメータは、前記ハンドオフトリガの判断を行うために用いられる片道パケット遅延の推定に使用されること
を特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３９】
前記ＱｏＳパラメータは、前記ハンドオフトリガの判断を行うために用いられる利用可能帯域幅の推定に使用されること
を特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項４０】
前記ＱｏＳパラメータは、前記ハンドオフトリガの判断を行うために用いられるパケットジッタの推定に使用されること
を特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項４１】
前記少なくとも１つのアクセスルータのうちのあるアクセスルータから送信された少なくとも２つの測定用パケットが既に通過した前記複数のルータの各々について、前記少なくとも１つのアクセスルータのうちの他のアクセスルータから送信されたコレクタパケットによる前記ＱｏＳパラメータの収集を回避するステップをさらに備えること
を特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項４２】
無線ＩＰネットワークにおいてリモート端末に対しハンドオフトリガの判断を行うためのＱｏＳ推定の方法であって、
複数の候補アクセスルータから通信先アクセスルータまで、複数のルータを有する固定コアネットワークを介して、少なくとも２つの測定用パケットを送信するステップと、
前記通信先アクセスルータまで前記固定コアネットワークを介して前記少なくとも２つの測定用パケットを追跡しかつ前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々から第１のパラメータ群を収集する、順方向コレクタパケットを送信するステップと、
前記通信先アクセスルータから送信元である前記複数の候補アクセスルータの１つに戻ってくる前記少なくとも２つの測定用パケットおよび前記順方向コレクタパケットを送信するステップと、
前記通信先アクセスルータから送信元である前記複数の候補アクセスルータの１つまで前記固定コアネットワークを介して前記少なくとも２つの測定用パケットを追跡しかつ前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々から第２のパラメータ群を収集する、逆方向コレクタパケットを送信するステップと、
前記ハンドオフトリガの判断を行うために、前記順方向および逆方向コレクタパケットからの前記第１のパラメータ群および第２のパラメータ群を処理するステップと、
を備える方法。
【請求項４３】
前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々において、前記少なくとも２つの測定用パケットにより測定されるキューイング遅延を記録するステップをさらに備えること
を特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々において、前記少なくとも２つの測定用パケットの伝送時刻を記録するステップをさらに備えること
を特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記第１のパラメータ群および第２のパラメータ群は、前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々において前記少なくとも２つの測定用パケットにより測定されるキューイング遅延の累積値を含むこと
を特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
前記第１のパラメータ群および第２のパラメータ群は、前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータの各々における、前記少なくとも２つの測定用パケットの伝送時刻を含むこと
を特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４７】
前記第１のパラメータ群および第２のパラメータ群は、前記少なくとも２つの測定用パケットが通過した前記複数のルータにおける、現在のキューイング遅延の累積値を含むこと
を特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４８】
前記少なくとも２つの測定用パケットは、音声トラフィックパケットと同様の特性を有するように形成されること
を特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４９】
前記第１のパラメータ群および前記第２のパラメータ群は片道遅延の推定に使用されること
を特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項５０】
前記第１のパラメータ群および前記第２のパラメータ群は、利用可能帯域幅の推定に使用されること
を特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項５１】
前記第１のパラメータ群および前記第２のパラメータ群は、パケットジッタの推定に使用されること
を特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項５２】
前記少なくとも１つのアクセスルータのうちのあるアクセスルータから送信された少なくとも２つの測定用パケットが既に通過した前記複数のルータの各々について、前記少なくとも１つのアクセスルータのうちの他のアクセスルータから送信されたコレクタパケットによる前記第１のパラメータ群の収集を回避するステップをさらに備えること
を特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項５３】
前記少なくとも１つのアクセスルータのうちのあるアクセスルータから送信された少なくとも２つの測定用パケットが既に通過した前記複数のルータの各々について、前記少なくとも１つのアクセスルータのうちの他のアクセスルータから送信されたコレクタパケットによる前記第２のパラメータ群の収集を回避するステップをさらに備えること
を特徴とする請求項４２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無線通信ネットワークに関するものであり、より詳細には、無線通信機器のサービスの品質アウェアなハンドオフトリガに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ネットワーク研究団体において、インターネットプロトコル（ＩＰ）ベースのバックボーンを使用したネットワークに対するハンドオフ後のサービスの品質（ＱｏＳ）に対する関心が増大してきている。ＩＰネットワークは本来ＱｏＳのサポートを提供するために設計されておらず、それによる悪影響は移動体ネットワークにおいてより顕著である。ボイスオーバーＩＰ（ＶｏＩＰ）のようなリアルタイムなアプリケーションはＱｏＳに特に敏感であり、ＱｏＳに対する要求は厳しい。したがって、（１）レイテンシ、パケット損失、あるいはパケットジッタようなメトリクスの適切な効率の確保、ならびに（２）ハンドオフ後における適切な帯域幅の確保は重要である。
【０００３】
既存のコアネットワークのＱｏＳ測定ツールは、２つのカテゴリに分類される。すなわち、受動的測定技術と能動的測定技術である。受動的ＱｏＳ推定技術は一般的に、１つ以上のリンク上のＩＰパケットの収集、およびＩＰ、ＴＣＰ／ＵＤＰ、あるいはアプリケーション層のトレースの記録を行う技術で構成されている。これらの技術はネットワーク上に存在するトラフィックを利用し、ネットワークに新たな測定用パケットを導入することはない。これに対し、受動的測定手法は、ネットワークに新たな測定用パケットを導入しないという利点がある。それはネットワークをありのまま測定する。つまり、ネットワークの挙動は測定用トラフィックにより妨害されることがないので、その測定は真のネットワーク挙動の評価である。
【０００４】
ＱｏＳ測定は、処理、記録、および利用可能なネットワークリソースの程度によって細分化される。パケット測定により、パケット遅延変化、パケットサイズ分布、およびホスト間のスループットのようなパケット毎の情報が測定可能である。ＱｏＳの測定方法は多々あるが、送信されるデータの総バイト数、フロー開始および終了時刻を記録するフローレベル測定を用いることにより、少ないオーバーヘッドで高いレベルの測定が可能になる。
【０００５】
前述のように、受動的測定技術の主たる利点は、測定するネットワークに負荷をかけないということである。それはまた、ネットワークのトラフィックを低下させることがないので、実際のネットワークの状態に近い推定が行えるということを意味する。しかしその技術の欠点は、測定を行う時点でネットワーク上に存在するトラフィックに依存しているため、そのトラフィックがある測定に必要とされる特性（例えば、パケットサイズやパケットの送信間隔）を有していることが必ずしも保証されないことである。例えばＶｏＩＰトラフィックの場合のように、ボトルネック帯域幅の受動的測定技術には、特定のパケットサイズ分布およびパケット間相対速度が要求されることが多い。しかし、測定に必要なトラフィックがハンドオフ時に基地局候補から通信先相手までに存在することは保証されないので、受動的測定に依存することは適切ではない。
【０００６】
能動的ＱｏＳ推定は、ネットワークに測定トラフィックを積極的に導入し、受信機あるいは送信機における受信トラフィックに基づきメトリクスを計算する。能動的測定によれば、ユーザの経験を可能な限り近似するための測定トラフィックを形成することができる。能動的測定の欠点は、トラフィックおよび処理という点においてネットワークに重大なオーバーヘッドを加えてしまい、ネットワーク挙動の推定に誤差を生じさせる可能性があることである。能動的測定技術は一般的に２つのカテゴリに分類される。すなわち、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｍｅｓｓａｇｅ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＩＣＭＰ）に基づいた手法およびパケットペア／トレイン手法である。
【０００７】
ＩＣＭＰに基づいた手法においては、次のような概念が使用される。すなわち、経路上のルータｎが送信機にＩＣＭＰ＿ｔｉｍｅ＿ｅｘｃｅｅｅｄｅｄメッセージを送信することを利用して、パケット有効期限（ＴＴＬ）の値ｎを有し送信されたパケットが経路上のルータｎにルータｎ自身を特定させるというものである。Ｐａｔｈｃｈａｒと呼ばれるツールは、この技術に基づいた古くからあるツールのひとつである。各ＴＴＬ値に対し、Ｐａｔｈｃｈａｒはサイズを変化させたパケットを送信し、それらの片道遅延（往復時間の１／２）を測定する。継続的にＴＴＬを増加させることにより、経路上の一連のホップについて測定範囲を１ホップづつ増やしながらＱｏＳが測定されるので、測定した遅延を反復的に減算することにより、遅延、パケット損失、帯域幅、およびキューイング時間について１ホップ毎のＱｏＳ推定が可能になる。
【０００８】
Ｐａｔｈｃｈａｒに関する問題点は、多量のオーバーヘッドが要求されることである。例えば、１０ホップのイーサネット経路の帯域幅の測定には１０ＭＢのデータが必要である。移動体端末のハンドオフのためのＱｏＳ推定においては、ＱｏＳ測定を複数の基地局を介して行う必要があるため、この手法は本発明の目的からするとあまりに多量のデータを送信することとなり、不適当である。このように、Ｐａｔｈｃｈａｒツールは、ＶｏＩＰアプリケーションに対してＱｏＳアウェアなハンドオフトリガを提供するための最適な方法を提供するものではない。
【０００９】
もう１つの能動的測定技術として、前述したパケットペア／トレイン手法がある。この手法の主たる目的は、最低の伝送速度を持つリンクであるボトルネックの帯域幅を得ることである。この手法は、パケットペア（２つのパケット）あるいはパケットトレイン（３つ以上のパケット）の経路への送信、およびパケット到着時間間隔によるボトルネックの帯域幅の推定から構成される。この手法は、以下のような仮定に基づいている。すなわち、（１）第１のパケットにはキューイングがない、（２）第２以降のパケットは、ボトルネックリンクにおいて次々にキューイングを受けるが、それ以外のリンクにおいてキューイングは受けない、という２点である。
【００１０】
上記の仮定が満たされる場合、パケット到着時間間隔はボトルネックにおける伝送速度に比例する。ところで、クロストラフィックが発生する場合は、ボトルネックリンク以外のリンクでキューイングが発生するか、あるいはボトルネックにおいて測定用パケットのキューイングの発生が抑制されるかするため、上記の仮定が満たされない可能性がある。クロストラフィックによる測定の誤差を避けるために、フィルタリング技術が提案されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
音声アプリケーションは、将来のネットワークにおける無線通信の主要なサービスであると考えられる。したがって無線通信プロバイダの主たる関心事は、ハンドオフ時にＱｏＳ要求をサポートできる技術を確立することである。したがって、固定コアネットワークホップを介してＱｏＳを評価するＩＰベースのコアネットワークに、ＱｏＳを提供する必要がある。加えて、経路のエンド・ツー・エンド（Ｅｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄ）のＱｏＳを評価するために、無線ホップ信号パワーおよび信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を組み合わせる方法が必要とされている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ハンドオフトリガの判断を行う目的でＱｏＳ推定を行う方法に関するものである。ＱｏＳ推定値は、基地局選択アルゴリズムへの入力値およびそのアルゴリズムへ付加された負荷調整機能への入力値として使用される。本発明はまた、トリガメカニズムを実行するための最適化方法および推定を高精度化する方法を導入する。現在の基地局を介して読み取られた、現在のアプリケーションに対して要求されるＱｏＳに基づいてハンドオフトリガを開始するための判断を行う。ＱｏＳ推定技術は、現在の通信経路をポーリングし、ＱｏＳ解析に基づいて通信経路の伝送効率を順位付けするという原理に基づいている。現在の通信経路の効率が所定の閾値を下回ると、ハンドオフトリガアルゴリズムが開始され、リモート端末の電波到達範囲内の複数の基地局を介したＱｏＳ測定が行われる。
【００１３】
以上で概説したように、本発明の好適な実施形態は、無線ＩＰネットワークにおけるリモート端末がハンドオフトリガの判断を行うためのＱｏＳ推定の方法を開示するものである。好適な実施形態においては、第１の測定用パケットおよび第２の測定用パケットが移動体端末の電波到達範囲内にある１つのアクセスポイントに接続された各アクセスルータによって生成される。第１の測定用パケットおよび第２の測定用パケットは次に、アクセスルータから複数のルータを有する固定コアネットワークを介して通信先アクセスルータに送信され、そして送信元アクセスルータに戻る。コレクタパケットは、少なくとも１つのＱｏＳパラメータを収集するために、第１の測定用パケットおよび第２の測定用パケットが各ルータを出発した後、ルータから第１の測定用パケットおよび第２の測定用パケットを追跡する。次に、ＱｏＳパラメータは、アクセスルータにおいてハンドオフトリガの判断を行うためのアルゴリズムを用いて処理される。特定のアプリケーションに対しリモート端末に最良のＱｏＳを提供するアクセスポイントは、この推定過程に基づいてハンドオフを受けるよう指定される。
【００１４】
コレクタパケットは、第１の測定用パケットおよび第２の測定用パケットがアクセスルータから通信先アクセスルータまで固定コアネットワークを介して移動している間に、ルータからＱｏＳパラメータを収集するために使用される順方向コレクタパケットを含んでもよい。第１の測定用パケットおよび第２の測定用パケットは、コレクタパケットにより収集されるＱｏＳパラメータを生成するために使用される。第１の測定用パケットおよび第２の測定用パケットが通信先アクセスルータから送信元アクセスルータに戻ってくる間にルータからＱｏＳパラメータを収集するために、逆方向コレクタパケットが使用されてもよい。
【００１５】
順方向および逆方向コレクタパケットは、各ルータにおける各測定用パケットに基づいたパケットキューイング遅延、各ルータにおける各測定用パケットに基づいたパケット伝送時刻、各ルータにおける第１の測定用パケットおよび第２の測定用パケットが経験するキューイング遅延の累積値、各ルータからの第１の測定用パケットおよび第２の測定用パケットの伝送時刻、および第１の測定用パケットおよび第２の測定用パケットのルータにおける現在のパケットキューイング遅延の累積値を記録するために使用されてもよい。
【００１６】
本発明の好適な実施形態において、収集されるＱｏＳパラメータは、ハンドオフトリガの判断の判断材料となる片道遅延推定のために使用される。収集されるＱｏＳパラメータは、利用可能帯域幅の見積もりに使用される。利用可能帯域幅はパケットの最終ビットがリンクに到着した瞬間から、その最終ビットがリンクを離れるまでの時間の長さに依存している。さらに、ＱｏＳパラメータはハンドオフトリガの判断の判断材料となるパケットジッタを推定するために使用される。パケットジッタはパケット到着時間間隔に依存している。
【００１７】
好適な実施形態において、ハンドオフトリガの判断を行う際、少なくとも１つのレイヤ２のＱｏＳパラメータを考慮してもよい。レイヤ２のＱｏＳパラメータは、ビット誤り率およびＳ／Ｎ比を考慮してパラメータのグループの中から選択されてもよい。さらに、あらかじめ決められた閾値より高い信号強度を有しない各アクセスポイントは、ハンドオフトリガの判断を行う際にハンドオフ先アクセスルータの候補から除外されてもよい。また、送信元アクセスルータから通信先ノードへの経路上の固定コアネットワークのホップはＱｏＳ推定の主たる対象ではなく、ＱｏＳ推定の主たる対象は、固定コアネットワークの外側のアクセスポイントあるいは無線ホップである。
【００１８】
本発明は、無線ＩＰネットワークにおけるハンドオフトリガの判断を行うことに関連しているように記述されているが、本発明がまたネットワーク管理および測定にも適用可能であることは、当業者にとって容易に理解できる。したがって、本発明は無線ＩＰネットワークにおけるＱｏＳ推定に限定されるとみなされるべきではない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
図１に示されるように、無線ＩＰネットワーク１０は、少なくとも１つのリモート端末１２および複数の通信先ノード１４を含む。図１においてリモート端末１２は、音声通信可能な個人情報端末（ＰＤＡ）として描かれているが、無線電話のような他のリモート端末が用いられてもよい。このように、図１における音声通信可能なＰＤＡは一例とみなされるべきであり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２１】
さらに、図１においては、無線ＩＰネットワーク１０に接続される通信機器の様々な種類を示すために、通信先ノード１４が固定端末およびリモート端末として描かれている。
【００２２】
図１に示されるように、リモート端末１２は電波棟１８、サーバ２０、およびアクセスルータ２２を有する基地局１６に接続される。電波棟１８はサーバ２０に接続されており、サーバ２０はアクセスルータ２２に接続される。電波棟１８は、リモート端末１２とサーバ２０間の無線通信を中継するために使用される。アクセスルータ２２は、音声データを含むＩＰパケットを無線ＩＰネットワーク１０を介して送受信するために使用される。
【００２３】
図１にさらに示されているように、各アクセスルータ２２は、少なくとも１つのルータ２４に接続されており、ルータ２４もまたＩＰパケットを無線ＩＰネットワーク１０を介して送信するために使用される。アクセスルータ２２とルータ２４の間に実質的な機能の差はないが、個々の基地局１６との関係を示すため図１においては別々に示されている。好適な実施形態においては、各電波棟１８およびサーバ２０は、アクセスルータ２２を含むアクセスポイントを構成し、これをアクセスポイント／アクセスルータペアと呼ぶことにする。
【００２４】
パケットがＩＰネットワークを通じて送信されるとき、それぞれの通信先ノード１４に到達する前にルータからルータまでいくつかの「ホップ」を作ることができることは言うまでもない。ここで使用されるように、「ホップ」はルータ２２、２４のひとつから他へと移動するパケットの通信経路の一区間を表す技術用語である。
【００２５】
図１に示される無線ＩＰネットワーク１０は、コアネットワーク２６を含む。コアネットワーク２６は、ここではアクセスポイントを通信先ノード１４と相互接続するために使用される様々なネットワーク要素の集合を広く指す。無線ＩＰネットワークを構成する様々な要素を相互接続するために、種々のネットワーク要素が使用されることは言うまでもない。図１において、公衆交換局２８は構内交換機３０に接続されており、構内交換機３０は固定端末として描かれている各通信先ノード１４に接続されている。この例において、固定端末として描かれている通信先ノード１４は、固定ホップあるいは有線ホップ３２を介してコアネットワーク２６に接続される。あるいは、通信先ノード１４は、無線ホップ３４と同じ機能を有するアクセスポイントを介してコアネットワーク２６に接続されてもよい。
【００２６】
「帯域幅」とは、リモート端末１２のような機器がネットワークリンクから得ることができる最大のデータ伝送速度を示す用語である。「ボトルネック帯域幅」とは無線ＩＰネットワーク１０全体の経路において伝送能力が最小のリンクの帯域幅を示す用語である。ボトルネック帯域幅を推定するにあたっては、音声通話中のリモート端末１２のＱｏＳに影響する可能性があるので、ＶｏＩＰアプリケーションを考慮することが重要である。本発明の詳細な理解のために、ボトルネック帯域幅の推定技術がネットワークに対しどのように影響を及ぼすかを理解することは重要であるので以下に説明する。
【００２７】
従来のボトルネック帯域幅の推定技術は、利用可能帯域幅ではなく、ボトルネック全体の帯域幅を推定するものである。利用可能帯域幅は、パケットの最終ビットがリンクに到達した瞬間からそのリンクから送出されるまでの時間に依存するのに対して、ボトルネック全体の帯域幅は、リンクをあるトラフィックが独占する場合にそのトラフィックのデータ伝送速度のことを示すことから、その違いは明らかである。クロストラフィックが起こる場合、パケットの遅延には、競合するトラフィックのパケットを待つキューイング時間が含まれる。競合するトラフィックがない場合、同一フロー内のパケット（フロー内キューイング）からでも、あるいは他のフローからのパケット（フロー間キューイング）からでも、利用可能帯域幅は全体の帯域幅に等しい。
【００２８】
図２に関して、ｋ番目のパケット（以下、パケット（ｋ）と表す）およびパケット（ｋ−１）は同じフローに属する。Ｔｌｋ−１−ｔｌｋで表される遅延は、ｌ番目のリンク（以下、リンク（ｌ）と表す）におけるパケット（ｋ）の、競合する他のフローからのパケットに対するキューイング時間を意味するフロー間キューイング時間である。数式Ｔｌｋ−Ｔｌｋ−１は、リンク（ｌ）におけるパケット（ｋ）のフロー内キューイング時間を示しており、リンク（ｌ）から送信されるべきパケット（ｋ−１）に対するパケット（ｋ）の待ち時間を意味する。Ｔｌｋ−ｔｌｋで表される全体の待ち時間は、リンク（ｌ）におけるパケット（ｋ）の全体のキューイング時間であり、図２においてｑｌｋと示されている。リンク（ｌ）においてパケット（ｋ）により測定される利用可能帯域幅は次式のように示される。
【数１】
2004032668.tif 000003
【００２９】
上式から分かるように、キューイング時間がない場合は、利用可能帯域幅はリンク全体の帯域幅に等しい。
【００３０】
図２における変数ｌは、パケットが今移動している経路上のリンクを表すために使用される。リンク（ｌ）におけるパケット（ｋ）の到着時刻は、ｔｌｋで表され、リンク（ｌ）におけるパケット（ｋ）のキューイング遅延は、ｑｌｋで表される。リンク（ｌ）の伝播遅延はｄｌで表される。リンク（ｌ）におけるパケット（ｋ）の伝送開始時刻はＴｌｋで表され、ここでＴｌｋ＝ｑｌｋ＋ｔｌｋである。パケット（ｋ）のビットサイズは、ｓｋで表され、リンク（ｌ）の全体の帯域幅はＢｌで表される。前述のように、式中上付き添字はパケット番号を、下付き添字はリンク番号を示している。
【００３１】
ところで、測定時間の最小単位について、なんらかの基準を設ける必要がある。本発明においては、１つのパケットの伝送に必要な時間を測定可能な程度の時間単位で測定が行われる。複数のパケットの伝送に必要な時間あるいは１つのフローの伝送に必要な時間を測定可能な程度の時間単位で測定を行うことも可能であるが、測定の精度が低くなり、リモート端末１２のユーザが体感するネットワークの実際の効率に対応しなくなる。アプリケーションで利用できるスループットはボトルネック全体の帯域幅ではなく利用可能帯域幅であるので、本発明は利用可能帯域幅を測定するものである。ここで、あるアプリケーションのトラフィックの利用可能帯域幅が、競合する他のトラフィックによって、時間とともに変化することに注意すべきである。
【００３２】
図３はフロー間キューイングの効果を示している。同図に示されるように、対象となるアプリケーションのフローは、他のフロー（以下、干渉フローという）と中間ルータ２４のネットワークリソースを共有する。これらの干渉フローによって、対象となるフローからのパケットはキューイングを受け、そのキューイング時間は干渉パケットフローの到着パターンおよびパケットサイズの分布に依存している。
【００３３】
本発明においてＱｏＳ推定の改善のために考慮すべき他の重要な要因は、片道パケット遅延である。片道パケット遅延とは、その最初のビットが送信機を離れた瞬間から、最終ビットが通信相手に到着するまでのパケット伝送における遅延を指し、それは広い意味で（１）送信機、受信機、および中間ホップにおける処理時間、（２）伝送遅延、（３）伝播遅延、および（４）各ホップにおける他のパケット後のキューイング時間、に依存する。片道パケット遅延の一般的なモデルは、次式で表される。
【数２】
2004032668.tif 000004
【００３４】
上式においてＡは同一のアプリケーションの同一サイズのパケットに共通の定数である（例えば、送信機・受信機・中間ホップにおける処理時間、あるいは音声アプリケーションのデジタル化された信号のフレーミングおよびデフレーミング等を反映した定数である）。図２および図３に示されるように、リンク（ｉ）におけるパケット（ｋ）のキューイング遅延ｑｉｋは、競合する他のフローからのパケットに対するパケット（ｋ）の待ち時間を意味するフロー間キューイング時間、およびリンク（ｉ）から送信されるべきパケット（ｋ−１）に対するパケット（ｋ）の待ち時間を意味するフロー内キューイング時間の両方を含むものである。
【００３５】
ＱｏＳに影響する他の要素に、パケットジッタがある。パケットジッタはパケット到着時間間隔を表し、ランダムな数である。ジッタの定義としては、以下の２つがある。
【００３６】
（１）ジッタはパケット到着時間間隔に等しく、同一フローからの一連のパケットの到着間隔遅延のばらつきを反映したランダムな数であり、次式のように定義される。
【数３】
2004032668.tif 000005
【００３７】
上式においてΔｑｉｋ，ｋ−１は、ｉ番目のホップ（以下、ホップ（ｉ）と表す）におけるパケット（ｋ）とパケット（ｋ−１）のキューイング遅延の差である。
【００３８】
（２）ジッタはパケットレイテンシの分散（パケット到着時間間隔の分散に等しい）であり、次式のように定義される
【数４】
2004032668.tif 000006
【００３９】
上式において、Δｔｌｋはホップ（ｌ）におけるｋ番目のジッタの推定値である。数３および数４では、パケット（ｋ）およびパケット（ｋ−１）は同じサイズであると仮定している（ｓｋ＝ｓｋ−１）。さらに数３および数４では、一連のパケット（ｋ）およびパケット（ｋ−１）は、同一の帯域幅Ｂおよび同一の伝播遅延ｄを有する中間ホップを経由する同一の経路を介して伝送されると仮定している。
【００４０】
リモート端末１２から通信先ノード１４までのエンド・ツー・エンドのＱｏＳを推定するために、本発明は固定コアネットワーク２６のＱｏＳを測定し、その結果を、特定の基地局１６と対応している各アクセスルータ２２において、基地局１６からリモート端末１２までの無線ホップにおけるレイヤ２のＱｏＳ測定の結果と組み合わせることによりＱｏＳを推定する。ＱｏＳを推定するためにどのように固定コアネットワーク２６のＱｏＳを測定するかについての詳細な説明は後述する。
【００４１】
エンド・ツー・エンドのＱｏＳの測定の第一段階として、本発明は、通信先ノード１４が固定端末（例えば電話機）であるか無線機器であるかによらず、ハンドオフ先候補のアクセスルータ２２の各々から通信先ノード１４までのＱｏＳを測定する。本発明はハンドオフトリガの判断を行うためのものであるから、候補アクセスルータ２２を持つ複数のアクセスポイントが測定ステップを実行してもよい。通信先ノード１４が無線機器である場合、エンド・ツー・エンドのＱｏＳ推定は、送信元のアクセスルータ２２から通信先のアクセスルータ２２までそれぞれ行われる。固定通信先ノード１４の場合、ＱｏＳ推定は送信元のアクセスルータ２２から通信先ノード１４まで行われる。
【００４２】
本発明における好適なＱｏＳの測定方法の本質は、前述した帯域幅（数１）、パケット遅延（数２）、およびパケットジッタ（数３）のそれぞれの数式おける変数は、パケットにより測定されるキューイング遅延のみである点である。数１においては、パケットサイズｓｋおよびリンクの帯域幅Ｂｌの両方とも定数であり、その値は全てのパケットについて同一であるため、変数はキューイング遅延ｑｌｋのみである。数２においては、（Ａ＋ｔ０ｋ）部分は定数であり、同一の経路をとる同一サイズのパケットについて、次式の値は同一の値をとる。
【数５】
2004032668.tif 000007
【００４３】
したがって、数２においてもキューイング遅延が唯一の変数である。最後に、数３においても、パケット到着時刻の差は定数であり、キューイング遅延のみが変数である。
【００４４】
ところで、能動的測定技術はすべて基本的に以下のような制限を受ける。能動的測定技術に基づいて推定されるＱｏＳの信頼度は、測定子の数に比例するわけではないものの送信される測定子の数が増えれば向上する。したがって可能な限り正確な結果を出すためには多数の測定子が必要であり、典型的には多数の測定子を用いて推定を行う。しかしながら、従来、送信すべき測定子数をどうやって決めるべきかという問題に答えることは困難であった。従来の技術においては、トラフィックのパターンおよびトラフィックの分布の大雑把な近似に基づいて測定子数を決めていただけである。
【００４５】
ここで、使用すべき測定子の数に関する問題は２つある。一般的に言えば、測定子の数を増加させると、無線ＩＰネットワーク１０の負荷が高くなる。ネットワークリソースに負荷をかけないことは不可欠であり、トラフィックおよびネットワークの効率に及ぼす悪影響さえ、本発明が定量化しようとするところである。加えて、このエンド・ツー・エンドのＱｏＳ推定技術はハンドオフトリガを決定するために行われ、ハンドオフトリガは基地局１６のカバーエリア内を高速で移動する移動局に対しても対応しなければならないので、ＱｏＳ推定の実行には時間的制限がある。ハンドオフトリガの判断に利用できる時間は、次世代ＩＰネットワークにおいておよそ１〜３秒と見積もられる。本発明は、以上の問題を、わずかなパケットを使用することにより可能な限り高速でハンドオフトリガの判断を行う方法により解決するものである。
【００４６】
本発明の好適な実施形態によれば、測定用パケットの伝送特性の測定を行うだけではなく、経路上のルータ２４に残された統計データをパケットによって収集させることにより、ＱｏＳを低下させずに測定用パケットを送信することができる。前述のように、キューイング遅延の関数であるＱｏＳパラメータの数式（数１〜数４）は、それらの数式の定数部分が一度分かれば、パケットの伝送効率を推定するのに必要なのはキューイング遅延のみである。後述するように、本発明においては、ＱｏＳパラメータの式（数１〜数４）の定数項を求めるために２つの測定用パケットを使用する。変数であるキューイング遅延は、ルータ２４において推定され、その結果はデータ収集用パケット（以下、コレクタパケットという）により収集される。
【００４７】
好適な無線ＩＰネットワーク１０における各ルータ２４は、音声、動画、あるいは場合によってはウェブ閲覧のような異なるトラフィックカテゴリに属するパケットについてのキューイング時間の推定値を更新し続けなければならない。各パケットは最終ビットの到着から送出までにルータバッファにおいて受けるキューイング遅延が測定される。キューイング遅延は到着時間と送出時間の差として測定されるので、各ルータのクロックと送信元アクセスルータのクロックの不一致は問題とはならないない。必要なのは、ルータクロックが送信元アクセスルータのクロックと同一の周波数で動作することである。各ルータ２４は、対応するカテゴリのパケットのキューイング時間の新たな測定ごとに更新されるデータを格納するために、各トラフィックカテゴリにつき１つのメモリスロットを備えることが望ましい。
【００４８】
例えば、本発明の好適な実施形態において、ルータ（ｌ）において音声通信のために使用される更新関数は次式のように表される。
【数６】
2004032668.tif 000008
【００４９】
上式において、Ｑｌｖｏｉｃｅはルータ（ｌ）に記憶されるべき音声パケットキューイング時間の新しい推定値であり、Ｑｌｏｌｄｖｏｉｃｅはルータ（ｌ）に前回保存されたパケットキューイング時間の推定値であり、ｑｌｖｏｉｃｅはルータ（ｌ）において最後に測定された音声パケットのキューイング時間推定値であり、αはチューニング因子である。αが大きくなると新しい推定値よりも古い推定値に大きなウエイトを与え、推定値の速い変化に対して感度が鈍くなる。αが小さくなるとキューイング時間の変化に対して応答が速くなるが、推定値の安定性が悪くなる。
【００５０】
各ルータ２４はまた、１つのトラフィックカテゴリからのパケットに対するパケット到着時間間隔を記録する。そのためには１つのトラフィックカテゴリにつき２つのメモリスロットを必要とする。音声アプリケーションを考えた場合、１つのメモリスロットはルータ（ｌ）における音声パケットの以前に測定されたキューイング時間ｑｌｐｖｏｉｃｅの格納ために使用され、他のメモリスロットは音声パケットについてルータ（ｌ）におけるジッタの寄与Ｄｑｌｖｏｉｃｅを推定するために使用される。
【００５１】
次式に示されるように、ルータ２４において推定されたジッタは数６におけるキューイング遅延推定値の更新と同様に更新される。
【数７】
2004032668.tif 000009
【００５２】
上式において、Ｄｑｌｖｏｉｃｅはルータ（ｌ）で記憶されるべき、そのルータにおけるパケットジッタ寄与の新しい推定値であり、Ｄｑｌｏｌｄｖｏｉｃｅはルータ（ｌ）で保存された以前のパケットジッタ寄与の推定値であり、ｑｌｖｏｉｃｅはルータ（ｌ）において最後に測定された音声パケットのキューイング時間であり、ｑｌｐｖｏｉｃｅはルータ（ｌ）において保存された以前の音声パケットのキューイング時間である。
【００５３】
ＱｏＳ推定機能のトリガと同時に、リモート端末１２のハンドオフ候補である各アクセスルータ２２は、３つの測定子を通信先ノード１４に送信する。好適な実施形態において、第１の測定子および第２の測定子（測定用パケット）は、音声パケットと同一のサイズおよび特性（例えば、パケットサイズあるいはパケット到着間隔など）を持つパケットであり、第３のパケット（コレクタパケット）は情報を収集する機能を持つものである。これら３つのパケットは共通のＩＤによって、１つの測定子グループとして認識される。アクセスルータ２２は、第１の測定子および第２の測定子の往復遅延の測定を行う必要がある。第１の測定子および第２の測定子はサイズ、送信機における出発間隔速度、および場合によってはＱｏＳ階級というような特性が音声トラフィックと同一であるので、第１の測定子および第２の測定子はコアネットワーク２６内の中間ホップにおいて音声トラフィックと同一の伝送条件を持つと考えられる。
【００５４】
前述のように音声トラフィックと同一の特性を有する第１の測定用パケットが通信先ノード１４のアクセスルータに到着すると、アクセスルータは到着時刻および送出時刻を記録した後にそのパケットを送信元のアクセスルータ２２に送り返す。続いて、順方向経路情報を収集しそれをアクセスルータ２２に提供するために、順方向コレクタパケットが送信される。同様のことが第２の測定用パケットについても行われる。第２の測定用パケットが送り返されると、順方向コレクタパケットと同様の目的で逆方向コレクタパケットが送信される。
【００５５】
各ルータ２４は最初の２つの測定用パケットのキューイング時間ｑｌｐｒｏｂｅ１およびｑｌｐｒｏｂｅ２の測定、およびそれらをメモリへの記憶を行う。これらのキューイング時間は真のトラフィック挙動を反映したものではないから、対応するトラフィックカテゴリのキューイング時間の推定値は測定したキューイング時間に基づいて更新されなくてもよい。加えて、各ルータ２４はそれらのリンクから第１の測定用パケットおよび第２の測定用パケットそれぞれの伝送時間ｓｌｐｒｏｂｅ１／Ｂｌおよびｓｌｐｒｏｂｅ２／Ｂｌを測定する。これらの値は、コレクタパケットがルータ２４に到着する測定子グループに属している間は保持される。何らかの理由によりコレクタパケットがルータ２４に到着せず途中で失われた場合に、測定値が保持されたままになるのを回避するためにタイムアウト機能を導入してもよい。
【００５６】
送信元すなわちアクセスルータ２２から来たコレクタパケット（通信先相手に向かっての順方向経路であるのでここでは順方向コレクタパケットと呼ぶ）は、先に送信された第１の測定用パケットおよび第２の測定用パケットが通過したルータ２４を通過し、図４の測定子１、測定子２およびルータ２４の欄に示された情報を収集する。図４におけるフィールド１は、測定子１についてルータ２４により記録されたキューイング遅延の累積値を示している。フィールド２は測定子１について中間ルータにおいてパケットの最終ビット到着から最終ビット送出までで測定される最大遅延を示している。図４のフィールド３およびフィールド４は、フィールド１およびフィールド２の測定子１を測定子２に置き換えたものである。フィールド５は、このトラフィックカテゴリのパケット経路に沿ったルータ２４によって推定されたキューイング遅延の累積値である。フィールド６は、このトラフィックカテゴリのパケット経路に沿ってルータ２４により推定されたパケットジッタ寄与の累積値である。
【００５７】
コレクタパケットが必要となるのは、測定用パケットは既に送出されてしまっているため、パケット自身に伝送時刻を記録することが不可能であるためである。加えて、仮にコレクタパケットを使用せず測定用パケット中への伝送時刻を記録するとすると、さらなるレイテンシが発生するため遅延の推定に誤差が生じる。すべてのトラフィックカテゴリにつきＱｏＳの推定が要求されるわけではないので、この手法は、各ルータ２４において要求される処理および記憶領域という点でＱｏＳのよい評価手法となっている。
【００５８】
順方向および逆方向コレクタパケットが収集する情報を記録するため、各ルータ２４においてメモリスロットが使用される。図５は使用されるメモリスロットおよび各メモリスロットの内容を示すものである。図５に示されるように、各ルータ２４は各パケットのキューイング時間を記録する。具体的には、簡単な減算、乗算、加算の実行および各ルータ２４が伝送する各パケットごとに３つのメモリスロットの更新を行う。さらに図６に示されるように、各測定子グループに対して、各ルータ２４はまた測定子キューイング遅延および伝送遅延を測定する。
【００５９】
順方向コレクタパケットおよび逆方向コレクタパケットが戻って来た後、順方向コレクタパケットおよび逆方向コレクタパケットが持っている情報は、対応するアクセスルータ２２により処理されるべきである。このように、コアネットワーク２６のホップを介したＱｏＳ推定に関する情報処理は、各候補アクセスルータ２４において行われる。順方向および逆方向コレクタパケットを受信した後、各アクセスルータ２２は、図７の表に示したデータを記憶している。結果として、各アクセスルータ２２で受信される第１の測定子および第２の測定子は、図８の表に示されるデータを含んでいる。
【００６０】
数２に関して、片道遅延において全てのパケットに共通の定数項部分は次式のように書き換えられる。
【数８】
2004032668.tif 000010
【００６１】
唯一の変数であるキューイング遅延を含む変数項部分については以下のように書き換えられる。
【数９】
2004032668.tif 000011
【００６２】
ＣＦｉｘは一度計算してしまえばよいので、測定子１および測定子２を用いた遅延測定からＱｏＳは推定される。ＣＦｉｘとＣｖａｒを組み合わせることにより、片道遅延のよい推定値が得られる。音声アプリケーションに対して、測定した片道遅延から数１０で表される項を引き、数１１で表させる項を加えることによりＣｖａｒの推定をより正確に行えば、片道遅延の推定がより正確になる。
【数１０】
2004032668.tif 000012
【数１１】
2004032668.tif 000013
【００６３】
アクセスルータ２２および通信先ノード１４におけるクロックが同期していない場合、アクセスルータ２２において測定された往復時間（ＲＴＴ）を信頼し、２で割ったものを片道遅延の推定値とする。以下に示す数式は図７および図８の表に示された値を用いた片道遅延の推定値である。
【数１２】
2004032668.tif 000014
【００６４】
上式では、測定子１および測定子２のそれぞれから推定した遅延の平均値を使用した。
【００６５】
ＲＴＴを使用した場合の欠点は、実際のネットワークでしばしば遭遇する非対称リンクが考慮されていないことである。そこで、アクセスルータ２２と通信先ノード１４の両方に同期したクロックを用いることにより、ＲＴＴを使用した場合の欠点を解消することができる。この場合、遅延について順方向経路の遅延を表すτｆｏｒｗａｒｄおよび逆方向経路の遅延を表すτｒｅｖｅｒｓｅの２つの値が定義でき、図７および図８の表に示される値を用いて次式のように表される。
【数１３】
2004032668.tif 000015
【数１４】
2004032668.tif 000016
【００６６】
本発明における他の好適な実施形態においては、順方向および逆方向経路上の片道パケット遅延の推定に以下の式を使用する。
【数１５】
2004032668.tif 000017
【００６７】
次に推定されるべきものはジッタである。前述のように、数３および数４はルータ２４におけるジッタの推定に使用される。
【００６８】
ジッタの第１の定義は、次式で与えられる。
【数１６】
2004032668.tif 000018
【００６９】
ジッタの第２の定義は、次式で与えられる。
【数１７】
2004032668.tif 000019
【００７０】
ジッタの第１の定義式を用いると、順方向ジッタおよび逆方向ジッタはそれぞれ次の２つの式で定義される。
【数１８】
2004032668.tif 000020
【数１９】
2004032668.tif 000021
【００７１】
ジッタの第２の定義式を用いると、順方向ジッタおよび逆方向ジッタは共に次式で定義される。
【数２０】
2004032668.tif 000022
【００７２】
次に推定する必要があるのは最小利用可能帯域幅である。ルータ２４における最大遅延はキューイング時間ボトルネックあるいは帯域幅ボトルネックのどちらかに起因するものであり、ここでは利用可能帯域幅を考えているから、最小利用可能帯域幅はルータ２４における最大遅延に依存している。経路の帯域幅は最低の帯域幅をもつリンクと同程度であるから、最小利用可能帯域幅は経路帯域幅を特徴づけるのに必要な唯一の値である。図７および図８の表に示される値を用いた利用可能帯域幅のは次式の通りである。
【数２１】
2004032668.tif 000023
【数２２】
2004032668.tif 000024
【００７３】
ここで、上式は測定子１および測定子２それぞれから推定された利用可能帯域幅を平均したものであることに注意する必要がある。
【００７４】
本発明の別の好適な実施形態においては、順方向および逆方向経路の利用可能帯域幅の推定に次式が用いられる。
【数２３】
2004032668.tif 000025
【００７５】
本発明の他の好適な実施形態においては、無駄な測定を行わないようにすることによりＱｏＳ推定技術の最適化を行う。各リモート端末１２におけるハンドオフトリガメカニズムにより、複数のアクセスルータ２２からコアネットワーク２６を介して同一の通信先ノード１４までの経路におけるＱｏＳ推定が行われる。この最適化は、コアネットワーク２６の様々な経路上の共通の部分を特定するためのものであり、これにより同一のキューイング時間情報が重複して収集されることが防止される。
【００７６】
本発明で使用される他の最適化技術は、ハンドオフ候補としてのリモート端末１２を考慮しつつ、信号強度が低い無線ホップ３４をハンドオフ先候補から除外することである。つまり、レイヤ２の情報およびコアネットワークのレイヤ３のＱｏＳを評価することによって、エンド・ツー・エンドのＱｏＳ推定を行う。しかしながら、経路は最低の帯域幅をもつリンクと同程度の帯域幅でしかないので、対応する無線ホップ３４の信号強度が閾値と比較して非常に低い場合、固定コアネットワーク２６の一部分の測定を実行しない。
【００７７】
本発明の他の最適化は、ルータ２４において実行される測定に関連するものである。本実施形態によれば、ルータ２４を種々のカテゴリからの規則的な間隔で送信されるトラフィックのＱｏＳの測定に最適化することができる。各パケットのキューイング時間の測定およびキューイング時間推定の更新を行う代わりに、ある時間だけ測定を実行するようにルータ２４を設定することができる。これによれば、全てのパケットが測定されるわけではないので、一部のみが記録され、キューイング時間推定の調整はこの一部分のみに基づいて実行される。したがって、ルータ２４のリソースにかける負荷を減少させることができる。
【００７８】
レイヤ２の測定は、無線ホップ３４に関するパラメータに依存する。具体的には、ビット誤り率（ＢＥＲ）、フレーム誤り率（ＦＥＲ）、Ｓ／Ｎ比、キャリア対干渉比（Ｃ／Ｉ）、受信無線信号強度、ビット／秒でのスループット（平均、最大、最小）、ビット／秒でのグッドプット（平均、最大、最小）を含んでもよい。グッドプットは、送信される全ペイロードビット（ヘッダは除く）のスループット測定、フレーム損失比、フレームレイテンシ、およびフレームレイテンシ変化に依存している。フレームとは、レイヤ３におけるパケットとほぼ同じ意味で、レイヤ２におけるビット群を指す用語である。ＱｏＳアウェアなトリガに必要なＱｏＳ推定技術は、リモート端末１２から通信先ノード１４までのエンド・ツー・エンドのものであるべきである。なお、図１に示されるように、通信先ノード１４は固定端末あるいは移動端末のどちらでもよい。
【００７９】
固定通信先ノード１４の場合、固定コアネットワーク２６を介したＱｏＳ推定は、リモート端末１２に接続されたアクセスルータ２２から通信先ノード１４まで行われるべきである。アクセスルータ２２は、固定コアネットワーク２６に関するＱｏＳデータ、アクセスポイントからリモート端末までの無線ホップ３４に関するＱｏＳデータ、および通信先ノード１４への固定ホップ３２に関するＱｏＳデータを収集する。アクセスルータ２２は、これらの値の組み合わせることにより、その経路に関するエンド・ツー・エンドＱｏＳ推定を行う。
【００８０】
レイヤ３の固定コアネットワーク２６のＱｏＳパラメータおよびレイヤ２の無線ホップ３４のＱｏＳパラメータは、次のように組み合わされる。まず、無線ホップ３４の信号強度あるいはＳ／Ｎ比に対し閾値Ｔｌａｙｅｒ２が設定される。ＱｏＳ順位付けの概要は以下の通りである。すなわち、収集されたレイヤ２のＱｏＳデータは、まず閾値Ｔｌａｙｅｒ２で選別される。続いて、固定コアネットワーク２６上のホップのＱｏＳ順位に基づいた選択を実行する。あるいは、無線ホップ３４のレイヤ２のＱｏＳパラメータをレイヤ３のＱｏＳパラメータと組み合わせ、無線ホップ３４とその経路についてのＱｏＳ順位を得る前に固定ホップのレイヤ３のＱｏＳを組み合わせてもよい。このように、無線ホップ３４のレイヤ２のＱｏＳパラメータをレイヤ３のＱｏＳパラメータと組み合わせたＱｏＳ順位が得られれば、単にＱｏＳ順位付けパラメータに基づいて経路選択を行えばよい。
【００８１】
遅延、ジッタ、帯域幅、およびパケット損失を組み合わせる際の規則について、図９を参照しつつ以下に記述する。無線通信先ノード１４に対して、ＱｏＳ測定はリモート端末１２に接続されたアクセスルータ２２と通信先ノード１４の間で行われ、無線リンクのレイヤ２のＱｏＳは（１）２つの無線ホップ、（２）そのアクセスポイントホップへのリモート端末１２、および（３）そのアクセスポイントホップへの通信先ノード１４についてのレイヤ２のＱｏＳデータを収集する。
【００８２】
図１０に示されるように、前述の議論において、ＱｏＳ推定アルゴリズムおよび本発明の好適な実施形態におけるその使用方法を定義した。前述の議論は図１０に示されるようにＱｏＳアウェアなハンドオフトリガのフェイズ１と呼ばれる。フェイズ１の次のステップであるフェイズ２は、エンド・ツー・エンドなＱｏＳパラメータ推定に基づいたアクセスルータ２２およびアクセスポイントの選択である。
【００８３】
フェイズ２において、重み付けに基づいた順位付けあるいは重みの無い順位付けのどちらかを使用して得られたＱｏＳ順位付けパラメータに基づいて、あるアクセスポイントにおけるアクセスルータ２２が選択される。一度ＱｏＳ順位付けパラメータが得られれば、各アクセスポイントにおける各アクセスルータは、リモート端末１２に対しＱｏＳ推定値の高い順に階級付けあるいは順位付けされる。さらに、同図に示すように、ネットワークの負荷バランスも考慮し、最終的に、ハンドオフトリガの判断の際にはコスト意識およびユーザの嗜好が考慮されてもよい。このように、ハンドオフトリガの判断は、上述した事項をすべて考慮することにより行うのが最も好ましい。
【００８４】
前述のように、本発明の好適な実施形態において、選択アルゴリズムは、負荷を調整する機能を備えてもよい。その理由は、特に同一の固定コアネットワーク２６を使用する同一の無線カバーエリア内にある複数のリモート端末１２によって、極端に高い能力を持つ基地局１６が、多量のハンドオフでパンクさせられるのを防ぐためである。負荷バランス機能は、ある一定条件以上のＱｏＳをもつｎ個のアクセスポイント群あるいは第ｎ位までのＱｏＳ順位を有するアクセスポイント群からハンドオフ先を無作為に選択する機能である。それによると、ハンドオフ先アクセスポイント（ｉ）は次式の確率で選択される。
【数２４】
2004032668.tif 000026
【００８５】
好適なハンドオフトリガ方法は、アプリケーション毎に異なる。つまり、トリガは特定のアプリケーションの要求を考慮して行われ、適切なトリガでその要求を満足しようと試みる。前述された全ての方法は、ハンドオフ後にトラフィックが向けられる通信先ノード１４の存在を仮定しており、ＱｏＳ測定はその通信先ノード１４に対して行われる。
【００８６】
種々のアプリケーションは、それぞれ固有のＱｏＳ要求を持つため、同時に全てのアプリケーションを満足する共通のＱｏＳ要求群を発見することは容易なことではないが、それは本発明におけるハンドオフトリガアルゴリズムによって実現された。本発明の好適な実施形態は、将来の移動体ネットワークの最小限のサービスであると考えられる音声アプリケーションに対するＱｏＳ要求に限定されている。
【００８７】
ハンドオフ時に音声通話が継続していない場合も起こりうる。この場合は、通信先ノード１４を特定することができない。しかしながら、現在の無線ネットワーク同様無線リンク３４を通じた定期的なレイヤ２のＱｏＳ測定に戻すことによって対応可能である。
【００８８】
図１０に示されるように、本発明のフェイズ２は、無線ＩＰネットワーク１０におけるトリガメカニズムを提供するための方法を示す。この方法は、複数の通信経路のそれぞれに対応した少なくとも１つのＱｏＳパラメータを得るための、移動体端末と通信先ノードの間の複数の通信経路のＱｏＳを測定するステップを含む。フェイズ２は、所定のＱｏＳレベル以上の効率を提供する各通信経路を特定し、リモート端末１２に対し最高の効率を提供する通信経路に対しハンドオフトリガを生成する。
【００８９】
フェイズ２の他の好適な実施形態には、全ＩＰ無線通信システムにおける移動体端末に対するトリガメカニズムを提供するための方法およびシステムが開示される。好適な方法は、リモート端末１２と通信先ノード１４の間の通信トラフィック経路により定義される、少なくとも１つのＱｏＳパラメータを得るために、リモート端末１２を持つ複数のアクセスポイントにおけるＱｏＳを測定するステップを含む。各アクセスポイントをＱｏＳパラメータに対応した所定のＱｏＳレベル以上のグループに分け、ＱｏＳ推定値に従ってそのグループを順位付けする。そしてリモート端末１２に対し最高のＱｏＳを提供するアクセスポイントにハンドオフするためのハンドオフトリガを生成する。
【００９０】
好適な実施形態において、少なくとも１つのＱｏＳパラメータがパケット遅延、パケットジッタ、パケット損失、およびエンド・ツー・エンド経路の帯域幅を含むレイヤ３ＱｏＳパラメータのグループから選択される。さらに、第１のグループは重み付けベースの順位付けにより順位付けされてもよい。あるいは、第１のグループは重み付けの無い順位付けにより順位付けされてもよい。
【００９１】
アクセスルータ２２およびアクセスポイント選択を含むフェイズ２の詳細に関しては、「レイヤ３のサービスの品質アウェアなトリガ（原題：Ｌａｙｅｒ　Ｔｈｒｅｅ　Ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｅｒｖｉｃｅ　Ａｗａｒｅ　Ｔｒｉｇｇｅｒ）」と題された特許出願中のアメリカ合衆国特許出願番号０９／９６５，４３７に開示されており、本願明細書に援用される。
【００９２】
本発明は現在最良と考えられる動作態様および実施形態で記述されたが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて他の態様、他の実施形態についても適用可能である。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ハンドオフ先候補の通信回線のサービスの品質を考慮したハンドオフトリガの生成が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】好適な無線ＩＰネットワークの例を示した図である。
【図２】フロー内およびフロー間のキューイング時間を示すパケット伝送図である。
【図３】測定対象のパケットと他のフローとの間のフロー間の影響を示した図である。
【図４】順方向コレクタパケットにより収集されるパラメータを示した図である。
【図５】各ルータにおけるメモリスロットの内容を示した図である。
【図６】各ルータにより各測定グループのために測定される情報を示した図である。
【図７】順方向コレクタパケットおよび逆方向コレクタパケットにより収集されるパラメータを示した図である。
【図８】第１の測定用パケットおよび第２の測定用パケットにより提供される情報を示した図である。
【図９】ＱｏＳパラメータを組み合わせる規則を示した図である。
【図１０】ＱｏＳアウェアなハンドオフトリガのフェイズ１およびフェイズ２を示した図である。
【符号の説明】
１０・・・無線ＩＰネットワーク
１２・・・リモート端末
１４・・・通信先ノード
１８・・・電波棟
２０・・・サーバ
２２・・・アクセスルータ
２４・・・ルータ
２６・・・コアネットワーク
２８・・・公衆交換局
３０・・・構内交換機
３２・・・固定ホップ
３４・・・無線ホップ
【図１】
2004032668.tif 000027
【図２】
2004032668.tif 000028
【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８】
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【図９】
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【図１０】
2004032668.tif 000036