(57)【要約】無線アクセスシステムの移動端末（１０）はＲＬＰによる無線リンクにおける再送頻度やパケットエラー率などの通信品質を検出してそれをＩＰのトラフィッククラスまたはＴＣＰのウインドウサイズに変換する。ＩＰまたはＴＣＰではそれに基いてフロー制御を行なう。また、無線アクセスポイント（１２）においても、ＩＰヘッダまたはＴＣＰヘッダ内の品質情報を抽出してそれに基いてパケット分割数、再送回数などを設定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線アクセスシステムにおける移動端末であって、
移動端末と無線アクセスポイントの間の無線リンクを提供する第１の通信プロトコル階層における通信品質を検出する通信品質検出部と、
検出された通信品質を、第１の通信プロトコル階層よりも上位の第２の通信プロトコル階層における通信品質を表わす情報に変換して第２の通信プロトコル階層に提供する変換部とを具備する移動端末。
【請求項２】
前記第２の通信プロトコルはＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）であり、
前記通信品質情報を受け取ってＴＣＰフロー制御に使用するＴＣＰフレーム制御部をさらに具備する請求項１記載の移動端末。
【請求項３】
前記通信品質情報は、ＴＣＰフロー制御においてホスト側に通知するウインドウサイズである請求項２記載の移動端末。
【請求項４】
前記通信品質情報は、ＴＣＰにおける再送タイマのタイムアップまでの時間である請求項２記載の移動端末。
【請求項５】
前記第２の通信プロトコルはＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）であり、
変換された通信品質情報を含むＩＣＭＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｍｅｓｓａｇｅ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）メッセージを、ＩＰフローの他の終端からのエコーリクエストメッセージに応答して送出してＩＰフロー制御に使用させるために生成するメッセージ生成部をさらに含む請求項１記載の移動端末。
【請求項６】
無線アクセスシステムにおける無線アクセスポイントであって、
無線アクセスポイントにおいて終端されない第１の通信プロトコル階層におけるヘッダに設定された通信品質情報を受信パケットから抽出するヘッダ検出部と、
ヘッダ検出部が抽出した通信品質情報を、移動端末と無線アクセスポイントの間の無線リンクを提供する第２の通信プロトコル階層における品質制御パラメータに変換する変換部とを具備する無線アクセスポイント。
【請求項７】
前記ヘッダに設定された通信品質情報は、ＴＣＰヘッダに設定されたウインドウサイズである請求項６記載の無線アクセスポイント。
【請求項８】
前記ヘッダに設定された通信品質情報は、ＩＰヘッダに設定されたトラフィッククラスである請求項６記載の無線アクセスポイント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、端末とアクセスポイントが無線リンクで接続される無線アクセスシステムにおける移動端末と無線アクセスポイントに関する。
【背景技術】  無線アクセスシステムのアーキテクチャをＯＳＩモデルと対比させると図１のようになる。
図１において、ＯＳＩモデルの第１層（物理層）は、無線アクセスシステムでは、無線区間での符号化や変調などの処理を規定する。第２層（データリンク層）は、無線アクセスシステムでは、無線区間にて引き起こされる障害による影響を緩和するために、無線区間でのエラー、伝送遅延およびデータ損失が発生した場合の対処、あるいはデータ帯域幅の確保などの処理を規定する。第３層（ネットワーク層）は、ネットワークのルーティングおよびフロー制御などの処理を規定する。第４層（トランスポート層）は、エンド・ツー・エンドでのエラー回復およびフロー制御を規定する。
現状の無線アクセスシステムにおいては、第２層は無線リンクプロトコル（ＲＬＰ）と称されている。ＲＬＰはリンクアクセス制御（ＬＡＣ）副層と媒体アクセス制御（ＭＡＣ）副層の２つの層において構成される。
現在、移動体通信など、無線アクセスシステムにてパケットデータの使用頻度が急伸しているが、この場合には既存のネットワークとの親和性を加味して、図１に示すように、第３層にはインターネット・プロトコル（ＩＰ）、第４層にはトランスミッション制御プロトコル（ＴＣＰ）を使用するのが一般的である。
また、現状のＩＰネットワーク技術では、トラフィック・フローのクラス分けによってＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｅｒｖｉｃｅ）レベルを区別するＤｉｆｆ−Ｓｅｒｖや帯域保証を確保するためのプロトコルであるＲＳＶＰを適用することで、ネットワークとしてのサービス品質を確保しようとしている。
ここで、データパケットの構成例を図２に示す。図２に示すように、ＴＣＰプロトコルでは、上位のアプリケーション層で生成されたユーザデータに対してＴＣＰヘッダを付与して下位のＩＰプロトコルへ送出する。同様に、ＩＰプロトコルでは、ＴＣＰパケットに対してＩＰヘッダを付与して下位のＲＬＰへ送出する。ＲＬＰプロトコルでは、ＩＰパケットを分割してデータユニット化したのち、各データユニットに情報ヘッダを付与することでＲＬＰパケットを生成する。データユニットの分割サイズについてはＲＬＰが決定する。図３は、ＲＬＰパケットの構成例である。
図３中、シーケンス番号は、上位レイヤのＩＰパケットへの分離・結合制御に使用するだけでなく、ＲＬＰパケットが欠落した場合の再送処理や、同一番号のパケット受信された場合の廃棄処理にも使用される。
ＩＰヘッダ（ＩＰｖ６の場合）の構成を図４に、ＴＣＰヘッダの構成を図５に示す。
図６は無線アクセスシステムの構成の一例を示す図である。
図６に示した無線アクセスシステムは、移動端末１０、無線アクセスポイント１２、移動ＩＰルータ１４、およびホスト１６で構成される。ここで、移動端末１０と無線アクセスポイント１２の間が無線区間であり、無線アクセスポイント１２と移動ＩＰルータ１４の間、および移動ＩＰルータ１４とホスト１６の間は有線区間となる。
移動端末１０は、第１層から第４層までの終端機能を有する。無線アクセスポイント１２は、第１層と第２層の終端機能を有するが、無線アクセスポイント１２において伝送媒体が無線から有線へと変わるので、第２層の上位にブリッジ１８の機能を持たせることでこれに対応している。移動ＩＰルータ１４は、第１層から第３層までの終端機能を有する。ホスト１６は、第１層から第４層までの終端機能を有する。
従って、第２層の処理である無線再送制御については、移動端末１０と無線アクセスポイント１２との間で実施される。同様に、第３層の処理であるＩＰフロー制御については移動端末１０と移動ＩＰルータ１４との間で、第４層の処理であるＴＣＰフロー制御については移動端末１０とホスト１６の間で、それぞれ実施される。
このような無線アクセスシステムにおいては、無線区間にてフェージング等の発生によりバースト的にエラーが多発することがあり、そのためにデータパケットの損失が発生する。損失したパケットを回復するためにＲＬＰが再送処理を行うことになるが、その処理は他層の処理を意識せずに行われている。
このため、例えば、損失したデータの救済のためにＲＬＰが移動端末と無線アクセスポイントとの間でデータパケットの再送処理を繰り返しているにも係わらず、同時にＴＣＰが移動端末とホスト間でのフロー制御を実施する状態となり、データのスループットを著しく低下させてしまうという問題が生じる。
具体的には、ＴＣＰにおいては、データパケットのフロー制御を実施する際に、データを受信する側が送信側に返送するＡＣＫ信号を送るパケットのヘッダ内のウインドウフィールドにて受信側が受付可能なデータの最大ブロック数を提示することで、送信側が受信応答を待たずに送信できるデータブロックの数を制御できるようにしているが、ここで提示されるウインドウサイズの決定には無線区間でのエラー発生状況などのデータ伝送状況が反映されていない。
更にＲＬＰにおいては、パケット欠如をリカバーするために再送処理を実施する際に、無線区間の回線状況を考慮して再送タイマ値や再送回数を事前に決定するが、ＴＣＰがフロー制御を行うことで生じるデータ遅延や輻輳については考慮されていない。これはＩＰにおけるフロー制御でも同様である。
また、データのスループットの低下が発生する要因として、不要な再送処理が発生することにより、新規のデータ送信の帯域が確保できなくなるという点がある。ここで、不要な再送とは、ＲＬＰでの再送による急激な伝送遅延の増加のためにＴＣＰでＡＣＫタイムアウトが発生し、自律的に再送処理が実施される場合や、受信側でＴＣＰパケットの順序番号異常を検出して選択再送要求を実施する場合などが考えられる。
このように、ＲＬＰが既にパケット欠如を救済しているにも係わらずＴＣＰが再送フロー制御を実施する状態や、不要な再送処理が発生する状態となることで、結果としてネットワーク全体としてのスループットを低下させてしまうことがあった。
下記特許文献１には、ＯＳＩモデルの物理層におけるサービス品質パラメータを、各層が１つ上の階層へサービスの提供とともに転送して最上位のアプリケーション層へ到達させることにより、アプリケーション層がそれ自身の性能を物理層におけるサービス品質に適合させることが開示されている。
しかしながら、この手法をそのまま適用しても無線アクセスシステムにおける上記のことを解決することができないという問題がある。
【特許文献１】        特表２００１−５１９１１２号公報
【特許文献２】        特開平６−２７６２５４号公報
【特許文献３】        特開２００１−３６５７８号公報
【特許文献４】        特開２０００−２２４２６１号公報
【特許文献５】        特開２０００−１０６５５７号公報
【発明の開示】
本発明の目的は、異なるプロトコル階層の間で通信品質を表わすパラメータを交換することによって無線アクセスシステムのスループットを向上させる手法を提案することにある。
本発明によれば、無線アクセスシステムにおける移動端末であって、移動端末と無線アクセスポイントの間の無線リンクを提供する第１の通信プロトコル階層における通信品質を検出する通信品質検出部と、検出された通信品質を、第１の通信プロトコル階層よりも上位の第２の通信プロトコル階層における通信品質を表わす情報に変換して第２の通信プロトコル階層に提供する変換部とを具備する移動端末が提供される。
前述の第２の通信プロトコルは例えばＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）であり、この場合に、前述の移動端末は、前記通信品質情報を受け取ってＴＣＰフロー制御に使用するＴＣＰフレーム制御部をさらに具備する。
前述の第２の通信プロトコルはまた例えばＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）であり、この場合に、前述の移動端末は、変換された通信品質情報を含むＩＣＭＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｍｅｓｓａｇｅ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）メッセージを、ＩＰフローの他の終端からのエコーリクエストメッセージに応答して送出してＩＰフロー制御に使用させるために生成するメッセージ生成部をさらに含む。
本発明によれば、無線アクセスシステムにおける無線アクセスポイントであって、無線アクセスポイントにおいて終端されない第１の通信プロトコル階層におけるヘッダに設定された通信品質情報を受信パケットから抽出するヘッダ検出部と、ヘッダ検出部が抽出した通信品質情報を、移動端末と無線アクセスポイントの間の無線リンクを提供する第２の通信プロトコル階層における品質制御パラメータに変換する変換部とを具備する無線アクセスポイントもまた提供される。
前述のヘッダに設定された通信品質情報は、例えばＴＣＰヘッダに設定されたウインドウサイズである。
前述のヘッダに設定された通信品質情報は、また例えばＩＰヘッダに設定されたトラフィッククラスである。
【図面の簡単な説明】  図１は無線アクセスシステムとＯＳＩモデルの対比を示す図；
図２は各形式のパケットの関係を示す図；
図３はＲＬＰパケットの構成を示す図；
図４はＩＰヘッダの構成を示す図；
図５はＴＣＰヘッダの構成を示す図；
図６は無線アクセスシステムの構成の一例を示す図；
図７は本発明の第１の実施形態を示す図；
図８は第１の実施形態に係る移動端末の構成の第１の例を示す図；
図９はＲＬＰにおける通信品質に基いてＴＣＰのウインドウサイズを変更する例における通信シーケンスの図；
図１０はＲＬＰ再送処理時間よりも長くＴＣＰ再送タイマのタイムアップ時間を設定する例における通信シーケンスの図；
図１１は第１の実施形態に係る移動端末の第２の例を示す図；
図１２は図１１のＩＣＭＰメッセージによる通信品質情報の伝達を説明する図；
図１３は本発明の第２の実施形態を示す図；
図１４は第２の実施形態に係る無線アクセスポイントの第１の例を示す図；および
図１５は第２の実施形態に係る無線アクセスポイントの第２の例を示す図。
【発明を実施するための最良の形態】  図７は、本発明の第１の実施形態における品質情報の流れを図６の構成図上に示した図である。本発明の第１の実施形態においては、図７中破線で示すように、移動端末１０のＲＬＰ層におけるＲＬＰパケットの再送状態（単位時間あたりの再送回数）、ＲＬＰパケット廃棄状態（ＲＬＰパケット廃棄率）や再送処理時間に基づいてＴＣＰ層やＩＰ層の品質情報（ＱＯＳパラメータ）を決定し、それをＴＣＰ層またはＩＰ層において用いることによって、ＲＬＰ層における通信品質をＴＣＰ層またはＩＰ層におけるフロー制御に反映させる。
図８に本発明の第１の実施形態に係る移動端末１０の構成の第１の例を示す。
図８において、ＴＣＰフレーム処理部２０は、送信データ（ユーザデータ）についてはそれから図２に示すＴＣＰパケット２２を生成するとともに、ＩＰフレーム処理部２４からのＴＣＰパケットから受信データを取り出す。ＩＰフレーム処理部２４はＴＣＰフレーム処理部２０からのＴＣＰパケット２２から図２に示すようにＩＰパケット２６を生成するとともに、ＲＬＰパケット連結部３４からのＩＰパケット２６からＴＣＰパケット２２を取り出してＴＣＰフレーム処理部２０へ渡す。ＲＬＰフレーム処理部２８およびＲＬＰパケット分離部３０は、図２に示すようにＩＰパケット２６からＲＬＰパケット３２を生成する。ＲＬＰパケット抽出部３２では無線リンクにおける単位時間あたりの再送制御の回数、パケットエラーの発生率、再送処理時間などを抽出してテーブル検索／ＱＯＳパラメータ生成部３６へ渡す。テーブル検索／ＱＯＳパラメータ生成部３６はＱＯＳテーブル３８を参照することにより、再送制御の回数、パケットエラー率をＩＰ層またはＴＣＰ層における品質情報（後述）に変換し、再送時間に関してはそれよりも長いタイムアップまでの時間を決定してＩＰフレーム処理部２４またはＴＣＰフレーム処理部２０へ渡す。ＩＰフレーム処理部２４では、受け取った品質情報を送信パケットのＩＰヘッダの例えばトラフィッククラスのフィールド４０（図４参照）に設定する。ＴＣＰフレーム処理部２０では、受け取った品質情報を送信パケットのＴＣＰヘッダの例えばウインドウサイズのフィールド４２（図５参照）に設定する。あるいはまた、受け取ったタイムアップ時間を再送タイマに設定する。
図９には、無線区間における再送処理の頻度が高くなったとき、ホスト側へ送るＡＣＫ信号を搬送するＴＣＰヘッダ内のウインドウサイズの指定をＷからＷ′へ変更する例を示す。これにより、無線区間における通信品質をホストから移動端末へ向かうパケットのＴＣＰフロー制御に反映させることができる。また図１０には、ＴＣＰ層における再送タイマのタイムアップ時間をＲＬＰ再送処理の時間よりも長く設定する例を示す。これにより、無線区間における通信品質を移動端末からホストへ向かうパケットのＴＣＰフロー制御に反映させることができる。
図８にはＲＬＰ層からのＱＯＳ情報を移動端末からホスト１６へ向かうパケットに設定する例を示したが、図１１には移動端末が受け取るパケットに設定する例を示す。テーブル検索／ＱＯＳパラメータ生成部３６において生成されたＱＯＳ情報は、メッセージ生成部４２へ渡される。図１２に示すように、ＩＰフロー４４のもう一方の終端である移動ＩＰルータ１４からＩＣＭＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｍｅｓｓａｇｅ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）パケットでエコーリクエストメッセージ４６が送られてきたとき、その応答として移動端末１０から送られるＩＣＭＰパケットとしてのエコーリプライ−メッセージ４８を、メッセージ生成部４２が生成したＩＣＭＰパケットとする。これにより、移動ＩＰルータ１４から移動端末１０へ送られるＩＰパケットのトラフィッククラスにＲＬＰ層における品質情報を反映させることができる。
図１３は、本発明の第２の実施形態におけるＱＯＳ情報の流れを図６の構成図上に示した図である。図１３中に破線で示すように、ホスト１６からのＴＣＰパケットのヘッダまたは移動ＩＰルータ１４からのＩＰパケットのヘッダを無線アクセスポイント１２において抽出し、ヘッダ中に含まれる品質情報をＲＬＰ層における再送制御に反映させる。
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る無線アクセスポイントの構成の第１の例を示す。無線アクセスポイントに新たに設けられるＩＰフレーム処理部５０は、ブリッジ１８（図１３）から受け取ったＩＰパケットからＩＰヘッダ検出部５２においてＩＰヘッダを抽出し、トラフィッククラスフィールド抽出部５４において、ＩＰヘッダのトラフィッククラスフィールド４０（図４）に格納されている情報を取り出す。テーブル検索／ＱＯＳパラメータ生成部５６は、例えば下記表１に示すようなＱＯＳテーブル５８を参照して、トラフィッククラスからＲＬＰ層における再送タイマ値、再送回数などを決定してＲＬＰフレーム処理部６０へ渡す。
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ＲＬＰフレーム処理部６０ではこの情報に基いて、ＩＰパケットからＲＬＰパケットの生成（図２および図３参照）を行なう。なお、無線アクセスポイント側で決定された上記のＲＬＰ層における設定値は無線区間の相手側である移動端末にも転送され、移動端末側のＲＬＰフレーム処理部１２にも同じ設定値が適用される。
図１５は、本発明の第２の実施形態に係る無線アクセスポイントの構成の第２の例を示す。無線アクセスポイントに新たに設けられるＴＣＰフレーム処理部６２内のＩＰヘッダ検出部６３は、ブリッジ１８（図１３）から受け取ったＩＰパケットからＴＣＰパケットを取り出し、ＴＣＰヘッダ検出部６４はＴＣＰパケットのＴＣＰヘッダを抽出し、ウインドウサイズフィールド抽出部６６において、ＴＣＰヘッダのウインドウサイズフィールド４２（図５）に格納されている情報を取り出す。テーブル検索／ＱＯＳパラメータ生成部５６は、例えば下記表２に示すようなＱＯＳテーブル５８を参照して、ウインドウサイズからＲＬＰ層における再送タイマ値、再送回数などを決定してＲＬＰフレーム処理部６０へ渡す。
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ＲＬＰフレーム処理部６０ではこの情報に基いて、ＩＰパケットからＲＬＰパケットの生成（図２および図３参照）を行なう。
【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８】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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